PZT压电陶瓷是一种由锆钛酸铅材料进行烧结制成的一种容性器件，它可在电压驱动下产生形变位移，并且在受外力的作用下，可产生一定的电荷能量，即它具有正压电效应和逆压电效应。

 

压电陶瓷管工作原理

压电陶瓷管是一种管状的压电陶瓷，它与常见的片状压电陶瓷类似。压电陶瓷管的内径表面和外径表面印刷有导电电极，一般为银电极。除了内外表面外，内部材料均为PZT压电陶瓷。因此，它一样具有压电效应，在对内外电极施加电压时，压电陶瓷管会产生径向伸缩的位移。

 

压电陶瓷管结构

 

压电陶瓷管拉伸光纤实验

为了解压电陶瓷管能够将光纤拉伸多长，芯明天采用如下图中所示装置，通过压电控制器对压电陶瓷管施加电压，压电陶瓷管受电压驱动产生形变位移。最后，再对压电陶瓷管进行形变位移的测量。

 

实验装置

实验单位

哈尔滨芯明天科技有限公司

 

实验设备

E01系列压电控制器1台，输出电压可达300V；

压电陶瓷管1支；

电感测微仪2台；

光纤，直径0.25mm，长5m；

磁力表座支架2台。

 

实验目的

该实验的目的是对外径缠绕有光纤的压电陶瓷管在电压驱动下产生的位移进行实际测量，并根据测量数据估算出光纤被拉伸的长度。

 

实验过程

为了实验顺利进行，实验人员预先将直径0.25mm、长5m的光纤缠绕于压电陶瓷管的外表面，并使用环氧树脂胶进行固定。最终缠绕于压电陶瓷管外表面的光纤长度约4.4m，两端各预留30cm光纤。

该实验中采用的压电陶瓷管的尺寸为外径OD 51mm、内径ID 43mm、高TH 40mm，实验中在压电陶瓷管的相对的两个外径侧各放置一台电感测微仪的传感测头，用于测量施加电压过程中，压电陶瓷管膨胀所产生的径向位移。

实验中，对压电陶瓷管施加0至300V的变化电压信号。通过实验中，可观察到随着电压从0V逐渐增大，两台电感测微仪测得的位移值也逐渐增大。

在300V时，两台电感测微仪所测得位移之和约为0.8μm，这是径向的总位移，即直径变大了0.8μm。通过周长计算公式可估算每圈光纤拉伸的长度约为2.5μm。

 

实验结果与分析

 

实验可知，通过芯明天压电控制器驱动压电陶瓷管，可以达到拉伸光纤的目的。

 

在该实验中，通过观察一些现象，可总结如下：

1）压电陶瓷管两端安装的电感测微仪，所测的位移数值不同，可能是由于两端的测头安装时的预紧力不同导致。在预紧力接近相同时，可观测到两个电感测微仪的数值几乎相同。

2）不同压电陶瓷管的外形尺寸会影响压电陶瓷管整体径向膨胀的位移。通常，在其他条件一致情况下，外径越大，压电陶瓷管产生的径向位移将越大。

3）光纤缠绕的松紧程度也会对光纤拉伸的长度产生一定的影响，可以以正常绷紧状态缠绕光纤。

4）该实验中光纤拉伸的长度是通过公式进行估算的，若需要准确测量光纤被拉伸的长度，需要配合光学传感器及相应算法获得。

 

结束语

压电陶瓷非常适用于光纤拉伸应用，并且它在很多领域都得到了非常广泛的应用，如光纤传感、扫描干涉等。除压电陶瓷管用于拉伸光纤外，芯明天公司还提供其他压电产品用于光纤拉伸，如压电陶瓷叠堆、光纤拉伸膨胀器、光纤移相器或定制光纤拉伸结构等，搭配芯明天压电控制器、功率放大器等即可完成光纤拉伸、相位调制的目的。