壓電陶瓷促動器應(yīng)用于超導(dǎo)腔超導(dǎo)諧振腔超導(dǎo)加速器
超導(dǎo)現(xiàn)象早在上世紀(jì)初就被荷蘭科學(xué)家翁內(nèi)斯(Heike Kamerlingh Onnes)發(fā)現(xiàn)了，但利用超導(dǎo)材料制造諧振腔的想法直到50年代才被科學(xué)家所提出。
超導(dǎo)體具有諸多奇特的物理性質(zhì)，如無阻載流的能力、一定的抗磁特性、宏觀量子相干特性等。而高溫超導(dǎo)材料具有其他材料無法相比的電、磁、熱等性能，可使應(yīng)用系統(tǒng)的性能及可靠性大幅提高。因此，高溫超導(dǎo)技術(shù)也是世界高科技競爭的熱點。
超導(dǎo)體的工作溫度在低于其本身的超導(dǎo)臨界溫度時才會表現(xiàn)出其超導(dǎo)性能，因此超導(dǎo)體的應(yīng)用要求嚴(yán)格的溫度條件限制。
超導(dǎo)諧振腔是超導(dǎo)組元的重要組成部分，用于補償或阻尼超導(dǎo)腔運行時由于洛倫茲力、束流負(fù)載效應(yīng)、麥克風(fēng)效應(yīng)等影響產(chǎn)生的頻率變化。
超導(dǎo)腔調(diào)諧器一般分為擠壓和拉伸兩種工作方式，對超導(dǎo)腔的形狀和剛性有一定的要求。通過改變腔體軸向長度，即改變超導(dǎo)腔每個單元內(nèi)部間隙來改變超導(dǎo)腔的頻率。可以將每個單元簡單比作電容，當(dāng)兩極板間隙發(fā)生變化時，電容相應(yīng)變化，從而改變諧振回路的諧振頻率。
超導(dǎo)腔的頻率失諧和不穩(wěn)定會導(dǎo)致加速電場不穩(wěn)定，使束流質(zhì)量下降，甚至導(dǎo)致不穩(wěn)定性丟束，并且在失諧情況下需要發(fā)射機功率也會增大。
調(diào)諧器是超導(dǎo)系統(tǒng)的重要組成部分，用來控制超導(dǎo)腔的頻率，補償束流對腔頻率的影響。它主要由兩部分構(gòu)成：機械調(diào)諧機構(gòu)和壓電陶瓷調(diào)諧機構(gòu)。機械調(diào)諧是慢調(diào)諧機構(gòu)，調(diào)諧范圍大（幾百K赫茲），而壓電陶瓷調(diào)諧是快調(diào)諧機構(gòu)，調(diào)諧范圍小（幾赫茲）。
大部分調(diào)諧器，特別是快調(diào)諧機構(gòu)，需要工作在低溫、真空、輻射的惡劣環(huán)境中，既要保證調(diào)諧器低溫收縮變形后不被卡死，又要保證較高的調(diào)諧效率和調(diào)諧精度，因此頻率調(diào)諧系統(tǒng)的研制難度非常大，需要綜合考慮具體的腔型、工作環(huán)境、加速器運動方式等。
快調(diào)諧機構(gòu)利用的是壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)，在外電場作用下，發(fā)生形變，形變與外電場強度大小成正比。
芯明天機械封裝壓電陶瓷，它的主要優(yōu)點是高分辨率、高動態(tài)、大出力、兼容真空環(huán)境等，應(yīng)用于1.3GHz超導(dǎo)腔中快調(diào)諧范圍為2.5kHz@T=2K，頻率分辨精度0.3~1.8Hz。
機械封裝壓電陶瓷與裸陶瓷相比，機械強度更高。工作在輻射、低溫、真空的環(huán)境，需要在2K左右低溫下產(chǎn)生位移運動，因此高強度的機械封裝壓電陶瓷適合作為快調(diào)諧機構(gòu)。
機械封裝壓電陶瓷的優(yōu)點：
1，易于安裝，有內(nèi)螺紋、外螺紋、球頭、平頭可選；
2，高機械強度，將壓電陶瓷保護(hù)于內(nèi)部；
3，可選閉環(huán)反饋傳感器，從而修正壓電陶瓷的遲滯與蠕變；
4，高動態(tài)，壓電陶瓷在高頻振動時，會產(chǎn)生一定熱量使自身溫度升高，機械封裝可將熱量導(dǎo)出，且可在外殼體增加散熱片，提高壓電陶瓷的工作頻率；
5，可承受一定的拉力，機械封裝壓電陶瓷可承受一定拉力，而裸陶瓷不可承受拉力；
6，高可靠性，可承受一定側(cè)向力和彎曲力，而裸陶瓷不能；
7，抗干擾性，無磁不繡鋼外殼，可防止外界電場干擾。
快調(diào)諧用壓電陶瓷促動器型號、參數(shù)舉例：
名稱：壓電陶瓷促動器
型號：60VS35
位移：80µm@300K
出力：25000N
負(fù)載力：35000N
拉力上限：4000N
工作溫度：可達(dá)2K
名稱：壓電陶瓷促動器
型號：40VS20
位移：38µm@300K
出力：4700N
拉力上限：700N
工作溫度：可達(dá)2K
快調(diào)諧壓電陶瓷促動器控制器
快調(diào)諧的壓電控制器采用的是芯明天E01系列壓電控制器，可進(jìn)行模擬和數(shù)字控制，通信接口有串口、USB等，也可進(jìn)行鍵盤操作，可選擇單通道、雙通道或更多通道的控制。
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