圧電管は繊維をどのくらい延伸することができますか

圧電セラミックスはジルコニウムチタン酸鉛を焼結した容量素子であり、電圧駆動下で変形変位を発生でき、外力作用下で一定の電荷エネルギーを発生でき、すなわち圧電セラミックスは正圧電効果と反圧電効果を有する。

圧電管の動作原理

圧電管は通常のシート状圧電に似た管状圧電セラミックスである。導電電極は、圧電管の内径表面及び外径表面に印刷され、通常は銀電極である。内部材料は内外の表面を除いて圧電セラミックスである。そのため、内部電極と外部電極に電圧が印加されると、圧電管は径方向変位を生じる圧電効果もある。

圧電管の構造

 

圧電管延伸繊維の実験的研究

解凍管が繊維を延伸できる程度にするために、CoreMorrowは下図に示すような装置を使用しています。圧電制御器は管に電圧を印加し、管は電圧によって駆動されて変形変位を生成する。最後に、圧電管の変形変位を測定した。

じっけんそうち

 

じっけんアクチュエータ

-Harbin Core Tomorrow

じっけんそうち

-E01圧電制御器*1、出力電圧は300 Vに達する勇気がある、

-圧電管*1、

−LVDTマイクロメータ*2、

-光ファイバ、直径=0.25 mm、長さ=5 m、

-マグネットワークベンチスタンド*2

実験目標

本実験の目的は、光ファイバ付き圧電管の電圧駆動下の外径変位を測定し、測定データに基づいて引張対象光ファイバの長さを推定することである。

じっけんルーチン

実験を円滑に行うために、実験者は事前に直径0.25 mm、長さ5 mの光ファイバを圧電管の外面に巻き付け、エポキシ樹脂ペーストで固定した。圧電セラミックス管の外面に巻き付けられた光ファイバの長さは約4.4 mで、各端に30 cm予約されている。

実験に用いた圧電セラミック管の寸法は外径51 mm、内径43 mm、高さ40 mmであった。実験では、電圧印加中の圧電セラミック管の膨張による径方向変位を測定するために、LVDTマイクロメータのセンシングプローブを圧電セラミック管の2つの相対外径上に配置した。

実験では、0 ~ 300 Vの電圧信号を圧電セラミック管に印加した。実験により、電圧が0 Vから徐々に増加するにつれて、2つのLVDTマイクロメータで測定された変位値も徐々に増加することが観察された。

300 Vでは、2つのLVDTマイクロメータによって測定された変位の和は約0.8μm、すなわち全径方向変位、すなわち直径は0.8μ増加した。周長の計算式によれば、1ターン当たりのファイバの引張長さは約2.5μmと推定される。

実験結果と分析

実験により、圧電セラミック管はCoreMorrow圧電制御器によって駆動することができ、それによって光ファイバを延伸する目的を達成することが明らかになった。

この実験では、いくつかの現象を観察することで結論を出すことができます。

1)圧電セラミック管の両端に取り付けられたLVDTマイクロメータで測定された変位値が異なるのは、両端のプリロード力が異なるためかもしれない。プリロードが相に近づくと、2つのインダクタンスマイクロメータの値はほぼ同じになります。

2)圧電セラミック管の異なる寸法は管の径方向膨張変位に影響する。一般に、外径が大きいほど圧電セラミックスの径方向変位が大きくなり、その他の条件は同じである。

3)光ファイバの密着度も光ファイバの長さに影響する。したがって、通常の状態で光ファイバを巻き付けることができる。

4)本実験では、延伸繊維の長さを式により推定した。延伸光ファイバの長さを正確に測定するためには、光学センサと対応するアルゴリズムを用いて得る必要がある。

結論

圧電セラミックスは繊維延伸の応用に非常に適しており、それはすでに多くの分野に広く応用されており、例えば光ファイバセンシング、走査干渉などである。光ファイバ移相器の延伸構造などは、CoreMorrow圧電制御器、電力増幅器などと合わせて光ファイバ延伸と位相変調を完了する。