【概述】

本研究中使用Aigtek安泰ATA-2022B高壓放大器，搭建超聲電機實驗平臺。驗證多層疊堆結構降低驅動電壓、提升驅動力的有效性，最終研發出適配智能終端的高精度、緊湊型驅動解決方案。
 

實驗名稱：多層微型直線超聲電機制備與性能測試

研究方向：縱彎復合模態驅動機理研究、多層壓電疊堆微結構設計、模態復合算法與動力學仿真、低溫共燒陶瓷（LTCC）工藝優化、壓電振子電學參數測試、電機驅動性能優化測試

實驗目的：針對移動終端攝像模組對執行器微尺寸、低電壓、長行程、大推力的協同需求，突破傳統直線電磁馬達的性能局限，通過設計基于縱彎復合模態的多層微型直線超聲電機，完成其微結構設計、模態復合仿真、低溫共燒陶瓷工藝制備及極化處理，測試其電學參數與驅動性能，驗證多層疊堆結構降低驅動電壓、提升驅動力的有效性，最終研發出適配智能終端的高精度、緊湊型驅動解決方案。

測試設備：信號發生器(SDG1022X，SIGLENT)、高壓放大器(ATA-2022H，Aigtek）、示波器(SDS1072X，SIGLENT）、超聲電機、磁柵尺位移傳感器、拉壓力傳感器。

實驗過程：先采用低溫共燒陶瓷（LTCC）工藝制備出單層膜厚30μm、總層數30的壓電振子，完成振子極化處理并搭建系統監測漏電流，確保常溫漏電流低于20nA，再貼附高精度氧化鋁驅動足得到整體尺寸3.7×1.3×1.39mm的超聲電機；隨后通過阻抗分析儀、壓電系數測試儀分別測試振子的阻抗曲線與壓電應變常數，獲取諧振頻率、縱向壓電應變常數等關鍵電學參數；接著搭建由性能測試裝置、微控制單元、電壓輸入裝置等組成的電機性能測試系統，在該系統中設置不同測試條件，依次開展頻率-速度、預壓力-速度、電壓-速度、負載-速度測試，確定電機最佳驅動頻率，實測其在445kHz驅動頻率、450mN預壓力下的最大空載速度、最大負載能力等核心驅動性能指標，完成對該多層型直線超聲電機的全面實驗驗證。

圖1測試系統框架(a)測試框圖;(b)性能測試裝置結構圖

圖2實驗平臺

實驗結果：

1、壓電振子制備與極化實驗中，采用LTCC工藝制得30層、單層膜厚30μm的壓電振子，常溫下漏電流低于20nA，極化質量良好。

2、壓電振子電學參數測試顯示，雙支路通道諧振頻率為447.50kHz和444.36kHz，縱向壓電應變常數約5662.2pC/N，具備合理諧振與壓電性能。

3、頻率-速度測試確定電機最佳驅動頻率為445kHz，可驅動頻率帶寬達65kHz，該頻率下左右向空載速度基本一致，驅動穩定性良好。

4、預壓力-速度測試表明電機在300mN-800mN預壓力區間運動效果穩定，對預壓力敏感度低，低電壓下仍具備可觀帶負載能力。

5、電壓-速度測試發現電機驅動電壓為3.2Vpp，6.2Vpp時達到最大空載速度104.5mm/s，電壓過高會因溫升導致驅動速度略有下降。

6、負載-速度測試得出電機最大負載為100mN@5.8Vpp，0-100mN負載下驅動穩定且速度與負載接近線性關系，推重比達256。

7、綜合性能對比表明，該多層微型直線超聲電機在微尺寸、低電壓條件下展現出優異的大驅動力、長行程驅動能力，優于多款同尺寸微型直線超聲電機。

圖3電壓速度測試（a）空載測試（b）負載測試

安泰放大器在此應用中的產品優勢：

1.寬頻帶與高壓擺率——精準匹配驅動頻率，保障有效帶寬內性能穩定

2.高電壓輸出與精細增益調節——精確繪制電壓-速度特性曲線

3.低失真與高輸出穩定性——保障壓電疊堆容性負載驅動

【推薦產品】：ATA-2000系列高壓放大器

圖：ATA-2000系列高壓放大器指標參數

本文實驗素材由西安安泰電子整理發布。Aigtek已經成為在業界擁有廣泛產品線，且具有相當規模的儀器設備供應商，樣機都支持免費試用。西安安泰電子是專業從事功率放大器、高壓放大器、功率信號源、前置微小信號放大器、高精度電壓源、高精度電流源等電子測試儀器研發、生產和銷售的高科技企業。