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What are piezo actuator creep and drift?

经过Danielle Collins|February 25, 2022

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Piezo actuators exhibit a linear* relationship between applied voltage and displacement, responding almost instantly to any change in voltage. But they also experience creep — a phenomenon in which the actuator continues to expand or contract even after the voltage change is complete.

Piezo actuator creep

发生蠕变,因为压电材料具有不对称的电荷分布,其产生偶极子。这些偶极子形成本地域,每个域都有一个偶极矩- 电子的不平等分布。

当施加电场时,与电场膨胀的畴膨胀,因此材料在电场的方向上延长或膨胀。但这不会立即发生 - 它需要偶极子时间来重新定向并达到稳态状态,而且,又将材料继续扩展(或收缩)一段时间。

Piezo开环蠕动
In an open-loop system, creep can be several percent of the intended motion after an extended period of time.
Image credit: piezosystem jena

Creep always occurs in the same direction as that produced by the change in applied voltage. And although creep is a function of time, the rate of creep decreases logarithmically. For example, the amount of creep a piezo actuator experiences between 10 and 100 seconds is similar to the amount of creep experienced between 0 and 10 seconds.

可以在数学上确定在给定的时间量之后发生的蠕变量:

压电蠕动方程式

ΔL.(t) = displacement at time, t (m)

ΔL.t=0.1s= displacement at 0.1 s after the voltage change is complete (m)

γ=蠕变因子,取决于材料

Piezo执行器漂移

一些制造商使用术语蠕变并互换漂移,但在某些情况下,术语“漂移”用于描述当施加的电压是时发生的现象删除。

When voltage is removed from a piezo material, the偶极子放松,或调整随机,因此他们的极化is zero. But this reorientation takes some time and causes the piezo material to continue expanding (or contracting) until the dipoles reach a steady state.

Drift can also refer to thermal drift of temperature drift, which is a change in position of the actuator due to a change in temperature.


*尽管控制压电行为的方程预测施加电压和位移之间的线性关系,但在现实世界应用中,关系不纯线性。这是因为压电材料展示滞后— essentially, a lag between the change in voltage and change in displacement, causing the actuator to follow different paths of expansion and contraction as voltage is applied and removed.

piezo open- and closed-loop behavior
利用压电致动器的闭环控制,几乎可以消除滞后和蠕变(非线性行为)。
Image credit: PI

非线性 - 包括滞后,蠕变和漂移 - 可以通过使用诸如a的反馈装置的闭环控制来显着减少或消除电容传感器。


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