应用于手机相机调焦的压电致动器研究

摘要

照相手机是现今世界上成长最快速的消费性市场，而且在未来的数年中也仍将持续成长。具有自动对焦功能手机相机开始成为手机市场的基本配置，本文的主要内容便是致力于研究压电陶瓷在手机相机光学对焦系统中的应用，研制一款用于手机相机对焦的微型压电致动器。
　　传统上，数字相机都是使用数字步进马达作为致动器，然而其存在机构复杂，噪声大，耗电量大，速度慢的缺陷。在致动器第二个选择是具有弹簧回返装置的音圈马达,该驱动方式容易受到电磁场的影响，而且随着致动器尺寸的减小，其能耗越来越大和出力越来越小，驱动效率越来越低，在这种情况下，由于压电式驱动可以有效规避这些缺陷，压电致动器逐渐进入人们的视野。
　　本文的内容主要包括以下几个方面：
　　提出了几款用于手机相机调焦的压电致动器设计方案，并对各款设计方案进行了驱动性能的数学解析分析；
　　根据压电式致动器的设计要求，对压电原理，压电特性等方面进行了深入分析，并提出了几种设计方案，并研究了各个方案的驱动性能的数学解析公式进行了研究，并分析方案驱动的优缺点；
　　有限元的方式对设计方案进行驱动性能分析，并将有限元分析的结果同模型数学解析值相比对，进一步寻求可行性方案，并且对可行性方案进行压电材料、压电层厚度、基体层厚度、压电结构层数等方面的优化，使得设计方案满足驱动要求。

目录

应用于手机相机调焦的压电致动器研究

RESEARCRESEARCH ON PZT ACTUATORS USED IN PHONECAMERAS FOCUS SYSTEM

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1课题背景

1.1.1照相手机与数码相机

1.1.2手机相机致动器的原理概述

1.2国内外手机相机致动器的研究现状

1.3本文研究的意义

1.4本文研究的主要内容

第2章压电原理及设计要求分析

2.1压电效应

2.1.1纵向和横向效应

2.1.2压电性

压电效应参数

2.2.1正/负极化

2.2.2泊松比

2.3.3压电应变系数定向性

2.2.4电压输出系数

2.2.5压电方程

2.2.6机电藕合系数

2.3设计要求

2.4直线压电致动器的分类

2.4.1压电叠堆致动器

2.4.2压电悬臂梁致动器

2.4.3直线型超声电机

2.5本章小结

第3章方案的设计及模拟

3.1引言

3.2压电叠堆方案的分析

3.2.1方案的模型

3.2.2方案的数值计算

3.2.3压电叠堆有限元建模

3.2.4压电叠堆方案模拟值与计算值比较

3.3压电悬臂梁方案的分析

3.3.1方案的模型

3.3.2方案的数值计算

3.3.3压电悬臂梁的有限元建模

3.3.4改进型压电悬臂梁的有限元建模

3.3.5压电悬臂梁方案的模拟值与解析值比较

3.4惯性式压电致动器分析

3.4.1惯性致动器方案的模型

3.4.2惯性致动器方案的解析计算

3.4.3惯性致动器方案有限元模型

3.5桥式压电致动器方案分析

3.5.1桥式致动器方案模型

3.5.2桥式压电致动器解析计算

3.5.3桥式压电致动器的有限元模型

3.5.4桥式压电致动器模拟值分析

3.6本章小结

第4章设计方案的优化

4.1引言

4.2驱动位移随着压电材料性质的变化

4.3驱动位移随基体材料变化

4.4驱动位移随着压电层厚度的变化

4.5驱动位移随着基体层厚度的变化

4.6驱动位移随着电压大小的变化

4.7驱动位移随着外缘金属层长度的变化

4.8驱动器结构压缩优化

4.9本章小结

结论

参考文献

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致谢