Aigtek电压放大器在微型直线超声电机制备与性能测试中的应用

【概述】

本研究中使用Aigtek安泰ATA-2022B高压放大器，搭建超声电机实验平台。验证多层叠堆结构降低驱动电压、提升驱动力的有效性，最终研发出适配智能终端的高精度、紧凑型驱动解决方案。
 

实验名称：多层微型直线超声电机制备与性能测试

研究方向：纵弯复合模态驱动机理研究、多层压电叠堆微结构设计、模态复合算法与动力学仿真、低温共烧陶瓷（LTCC）工艺优化、压电振子电学参数测试、电机驱动性能优化测试

实验目的：针对移动终端摄像模组对执行器微尺寸、低电压、长行程、大推力的协同需求，突破传统直线电磁马达的性能局限，通过设计基于纵弯复合模态的多层微型直线超声电机，完成其微结构设计、模态复合仿真、低温共烧陶瓷工艺制备及极化处理，测试其电学参数与驱动性能，验证多层叠堆结构降低驱动电压、提升驱动力的有效性，最终研发出适配智能终端的高精度、紧凑型驱动解决方案。

测试设备：信号发生器(SDG1022X，SIGLENT)、高压放大器(ATA-2022H，Aigtek）、示波器(SDS1072X，SIGLENT）、超声电机、磁栅尺位移传感器、拉压力传感器。

实验过程：先采用低温共烧陶瓷（LTCC）工艺制备出单层膜厚30μm、总层数30的压电振子，完成振子极化处理并搭建系统监测漏电流，确保常温漏电流低于20nA，再贴附高精度氧化铝驱动足得到整体尺寸3.7×1.3×1.39mm的超声电机；随后通过阻抗分析仪、压电系数测试仪分别测试振子的阻抗曲线与压电应变常数，获取谐振频率、纵向压电应变常数等关键电学参数；接着搭建由性能测试装置、微控制单元、电压输入装置等组成的电机性能测试系统，在该系统中设置不同测试条件，依次开展频率-速度、预压力-速度、电压-速度、负载-速度测试，确定电机最佳驱动频率，实测其在445kHz驱动频率、450mN预压力下的最大空载速度、最大负载能力等核心驱动性能指标，完成对该多层型直线超声电机的全面实验验证。

图1测试系统框架(a)测试框图;(b)性能测试装置结构图

图2实验平台

实验结果：

1、压电振子制备与极化实验中，采用LTCC工艺制得30层、单层膜厚30μm的压电振子，常温下漏电流低于20nA，极化质量良好。

2、压电振子电学参数测试显示，双支路通道谐振频率为447.50kHz和444.36kHz，纵向压电应变常数约5662.2pC/N，具备合理谐振与压电性能。

3、频率-速度测试确定电机最佳驱动频率为445kHz，可驱动频率带宽达65kHz，该频率下左右向空载速度基本一致，驱动稳定性良好。

4、预压力-速度测试表明电机在300mN-800mN预压力区间运动效果稳定，对预压力敏感度低，低电压下仍具备可观带负载能力。

5、电压-速度测试发现电机驱动电压为3.2Vpp，6.2Vpp时达到最大空载速度104.5mm/s，电压过高会因温升导致驱动速度略有下降。

6、负载-速度测试得出电机最大负载为100mN@5.8Vpp，0-100mN负载下驱动稳定且速度与负载接近线性关系，推重比达256。

7、综合性能对比表明，该多层微型直线超声电机在微尺寸、低电压条件下展现出优异的大驱动力、长行程驱动能力，优于多款同尺寸微型直线超声电机。

图3电压速度测试（a）空载测试（b）负载测试

安泰放大器在此应用中的产品优势：

1.宽频带与高压摆率——精准匹配驱动频率，保障有效带宽内性能稳定

2.高电压输出与精细增益调节——精确绘制电压-速度特性曲线

3.低失真与高输出稳定性——保障压电叠堆容性负载驱动

【推荐产品】：ATA-2000系列高压放大器

图：ATA-2000系列高压放大器指标参数

本文实验素材由西安安泰电子整理发布。Aigtek已经成为在业界拥有广泛产品线，且具有相当规模的仪器设备供应商，样机都支持免费试用。西安安泰电子是专业从事功率放大器、高压放大器、功率信号源、前置微小信号放大器、高精度电压源、高精度电流源等电子测试仪器研发、生产和销售的高科技企业。