Navorsing oor sensitiwiteit van piëso-elektriese keramiese transducer-komponente

As gevolg van die piëzo-elektriese effek kan piëzo-elektriese keramiek nie-elektrisiteit direk in elektrisiteit omskakel, en die piëzo-elektriese konstante kan aansienlik verbeter word deur die samestelling van die samestelling aan te pas  of die kombinasie van piëzo-keramiekplate te verander, en sodoende die sensitiwiteit daarvan effektief te verbeter. en meer aandag. Die basiese beginsel en samestelling van die piëso-elektriese sensor word kortliks bekendgestel. Die faktore wat die sensitiwiteit van die piëso-elektriese sensor beïnvloed, word in detail vanuit staties en dinamies bespreek. Op hierdie basis word 'n effektiewe metode vir die verbetering van die sensitiwiteit verkry.

Die sensor is 'n toestel met opsporingsfunksie wat wyd gebruik word in die velde van nywerheid, landbou, nasionale verdediging en medisyne. Dit word 'Electric Five' genoem, wat verskeie nie-elektriese hoeveelhede opspoor deur die funksies van menslike gelaatstrekke te simuleer . piezo ronde skyf transducer met piëzo-elektriese effek is een van die PZT-materiale vir die maak van sensors. Piëzo-elektriese sensors waarmee bekend is, sluit piëzo-elektriese versnellingsmeters, piëzo-elektriese gyros, piëzo-elektriese drukmeters en galvanometers in. Met die vooruitgang van tegnologie is baie nuwe sensors gebore, en die werkverrigting van bestaande sensors is ook verbeter. Sensitiwiteit is 'n belangrike aanduiding van die sensor. Die volgende faktore bespreek die faktore wat sensorsensitiwiteit uit  beide statiese en dinamiese aspekte beïnvloed.

Basiese  beginsels en  samestelling van  p iezo-elektriese  keramiek -  sensors is toestelle wat piëso-elektriese effekte van piëzo-elektriese keramiekplate gebruik om spanning (of vervorming) in spanning (of lading) om te skakel en dit dan deur 'n versterker te versterk en uit te voer. Piëso-elektriese keramiekplate is die sleutelkomponente. Vanuit die perspektief van seinomskakeling is piëzo-elektriese keramiekplate gelykstaande aan 'n ladinggenerator.

Die piëzo -keramieksensor is saamgestel uit 'n meganiese stelsel wat eksterne krag na die piëzo-elektriese keramiekplaat oordra, 'n piëzo- elektriese keramiekplaat en 'n meetkring wat elektriese lading na die meter oordra. Die meganiese stelsel is 'n bracketgedeelte vir die montering en bevestiging van die piëzo-elektriese keramiekplaat. Die stelsel is in direkte kontak met die buitewêreld, en wanneer dit aan 'n eksterne krag onderwerp word, word die hakie en die piëso-elektriese keramiekplaat saam vervorm. Die piëso-elektriese keramiekplaat genereer 'n lading-uitset deur vervorming. Die meetlyn versterk die lading en transformeer dit in 'n spanningsuitset.

2 Faktore wat die sensitiwiteit van die piëzo-elektriese sensor beïnvloed

Die sensitiwiteit van 'n piëzo-elektriese skywe transducer  is die verhouding van 'n klein toename van uitset tot 'n klein toename van die ooreenstemmende inset. Hoe groter die verhouding, hoe hoër is die sensitiwiteit. Die sensitiwiteit van die piëso-elektriese sensor hou verband met die sensitiwiteit van die drie dele wat dit maak. Aangesien die drie dele in serie verbind is, word die sensitiwiteit van die piëso-elektriese sensor vermenigvuldig met die sensitiwiteit van die drie dele. Die volgende analise word onderskeidelik vanaf staties en dinamiese uitgevoer. 

2.1 Statiese analise
Statiese analise verwys na die ontleding van die verband tussen die inset en uitset van die sensor onder bestendige toestande. Die uitsetveranderlike is slegs 'n funksie van die insetveranderlike, dws y=f(x), en sy sensitiwiteit is dy.

(1) Aangesien daar 'n eenvoudige lineêre verband tussen S en F, Q en S, en U en Q onder statiese toestande is, kan dit verander word na U0=CijdijA, waar Cij die ekwivalente elastiese voldoeningskoëffisiënt van die meganiese stelsel is; Dij is die ekwivalente piëso-elektriese konstante van die piëso-elektriese keramiek; A is die versterkingsfaktor van die meetlyn; die subskripsie ij verteenwoordig die rigting van die krag en die rigting van vervorming, onderskeidelik. Om die sensitiwiteit van die piëzo-elektriese sensor te verhoog, is dit effektief om die waarde van een of meer faktore te verhoog. Onder hulle is die potensiaal vir die verhoging van die piëzo-elektriese konstante waarde van die piëzo-elektriese keramiekplaat die grootste, en die piëzo-elektriese konstante kan verhoog word deur die formulering van die piëzo-elektriese keramiek aan te pas, en die piëzo-elektrisiteit kan verbeter word deur die serieparallelle kombinasie van die piëzo-elektriese keramiekplate. Konstante, soos die parallelle verbinding van piëzo-elektriese keramiekplate, verdubbel die ladingsensitiwiteit. Daarbenewens kan behoorlike keuse van die elektriese toestande van die piëzo-elektriese keramiekplaat ook die waarde van die piëzo-elektriese konstante verhoog, soos die piëzo-elektriese keramiek in die elektriese grenskortsluitingtoestand groter is as die ekwivalente piëzo-elektriese konstante van die oop toestand. Vir piëso-elektriese keramiek is die vibrasiemodus anders, die piëso-elektriese konstante is ook anders, en die tangensiële piëso-elektriese konstante (d15) is groter as die dikte piëso-elektriese konstante (d33) en die radiale piëso-elektriese konstante (d31). Die piëso-elektriese konstante data van PZT4 piëzo-elektriese keramiek. Die sensitiwiteit van die elektriese sensor hou verband met die sensitiwiteit van die drie komponente wat dit maak. Aangesien die drie komponente in serie verbind is, word die sensitiwiteit van die piëso-elektriese sensor vermenigvuldig met die sensitiwiteit van die drie komponente. Die volgende analise word onderskeidelik vanaf staties en dinamiese uitgevoer.

2.1 Statiese analise
Statiese analise verwys na die ontleding van die verband tussen die inset en uitset van die sensor onder bestendige toestande. Die uitsetveranderlike is slegs 'n funksie van die insetveranderlike, dws y=f(x), en sy sensitiwiteit is dy. Die sensitiwiteit van die sensor is dat omdat daar 'n eenvoudige lineêre verband is tussen S en F, Q en S, en U en Q onder statiese toestande, en vergelyking (1) verander kan word na U0=CijdijA(2) waar Cij die meganika is Die ekwivalente elastiese voldoeningskoëffisiënt van die stelsel; dij is die ekwivalente piëso-elektriese konstante van die peizo-elektriese skywe keramiek transducer

; A is die versterkingsfaktor van die meetlyn; die subskripsie ij verteenwoordig die rigting van die krag en die rigting van vervorming, onderskeidelik. Om die sensitiwiteit van die piëzo-elektriese sensor te verhoog, is dit effektief om die waarde van een of meer faktore te verhoog. Onder hulle is die potensiaal vir die verhoging van die piëzo-elektriese konstante waarde van die piëzo-elektriese keramiekplaat die grootste, en die piëzo-elektriese konstante kan verhoog word deur die formulering van die piëzo-elektriese keramiek aan te pas, en die piëzo-elektrisiteit kan verbeter word deur die serie-parallelle kombinasie van die piëzo-elektriese keramiekplate. Konstante, soos die parallelle verbinding van piëzo-elektriese keramiekplate, verdubbel die ladingsensitiwiteit. Daarbenewens kan behoorlike keuse van die elektriese toestande van die piëzo-elektriese keramiekplaat ook die waarde van die piëzo-elektriese konstante verhoog, soos die piëzo-elektriese keramiek in die elektriese grenskortsluitingtoestand groter is as die ekwivalente piëzo-elektriese konstante van die oop toestand. Vir piëso-elektriese keramiek is die vibrasiemodus anders, die piëso-elektriese konstante is ook anders, en die tangensiële piëso-elektriese konstante (d15) is groter as die dikte piëso-elektriese konstante (d33) en die radiale piëso-elektriese konstante (d31). Dit wys die piëso-elektriese konstante data deurlopende sein van PZT-4 piëso-elektriese keramiek, wat ook pulsseine of periodieke insette kan wees. Op hierdie punt is die uitsetkenmerke van die sensor nie meer bestendige toestand nie, maar 'n verbygaande oorgangeienskap vind plaas, dit wil sê die verhouding tussen die uitset en die inset sal 'n funksie van tyd wees. Die dinamiese eienskappe van die sensor word gewoonlik ontleed deur gebruik te maak van amplitude-frekwensie eienskappe. Eerstens word die amplitude-frekwensie-eienskappe van die meganiese stelsel van die piëso-elektriese sensor bespreek. Die meganiese stelsel word oor die algemeen geklassifiseer in 'n enkel-vryheidsgraad tweede-orde stelsel. Die amplitude-frekwensie verhouding word bereken as X0=sqrt(K/m) as die natuurlike frekwensie van die stelsel. Waar K die styfheidskoëffisiënt van die stelsel is, is m die massa van die stelsel; N is die relatiewe dempingskoëffisiënt. Dit kan uit vergelyking bekend wees dat vir 'n sekere waarde van N, X/X0 in die interval [0, 2/(1+4N2, ûH(jX)û is 'n konstante, en die grootte is gelyk aan 1/X20, wat die boonste limiet van die maksimum frekwensie van die sisteem is. Dit is 2X0/(1+4N2) met betrekking tot die dinamiese analise van die pie-miekse analise, met betrekking tot die pieemiese analise. gerief van bespreking, kan dit benader word dat sy amplitude-frekwensie-kenmerke konstant is oor 'n redelike wye frekwensiegebied, en deff is ekwivalent in die piëzo-elektriese konstante Ten slotte word die amplitude-frekwensie-kenmerke van die meetlyn bespreek die terugvoerweerstand en die terugvoerkapasitansie, onderskeidelik In die geval waar die vergroting voldoende groot is, is die amplitude-frekwensie-kenmerk van die meetlyn plat berekening van die volgende amplitude-frekwensie-verwantskap, dit wil sê, Xm1/RfCf.

Die sensitiwiteit van die piëzo-elektriese keramieksensor is bekend uit bogenoemde bespreking. Onder dinamiese toestande, wanneer die frekwensie van die eksterne krag binne die omvang is, word die sensitiwiteit van die piëso-elektriese keramieksensor as dinamies uitgedruk, en die piëso-elektriese keramiekplaat word verbeter deur die natuurlike frekwensie van die meganiese stelsel te verlaag. Die piëso-elektriese konstante en die metode om die terugvoerkapasitansie van die meetlyn te verminder kan die sensitiwiteit van die piëso-elektriese sensor verbeter.

a. Volgens statiese analise, om die sensitiwiteit van die piëzo-elektriese sensor te verbeter, kan die sensitiwiteit van elke komponent verbeter word, dit wil sê die elastiese voldoeningskoëffisiënt van die meganiese stelsel, die ekwivalente piëzo-elektriese konstante van die piëzo-elektriese keramiekstuk en die versterkingsfaktor van die meetlyn word verbeter. Onder hulle is die potensiaal om die piëso-elektriese konstante van die piëso-elektriese keramiekplaat te verhoog die grootste.
b. Volgens die dinamiese analise moet die sensitiwiteit van die piëso-elektriese sensor in kombinasie met die frekwensie van verandering van die eksterne krag oorweeg word. In die plat reeks amplitude-frekwensie-eienskappe kan die sensitiwiteit van die piëso-elektriese sensor verbeter word deur die massa van die meganiese stelsel te verhoog, die piëzo-elektriese konstante van die piëzo-elektriese keramiekplaat te verhoog, en die styfheidskoëffisiënt van die meganiese stelsel en die terugvoerkapasitansie van die meetlyn te verminder.
c. Gekombineer met statiese analise en dinamiese analise, is dit bekend dat die verhoging van die piëzo-elektriese konstante van die piëzo-elektriese keramiekplaat effektief die sensitiwiteit van die piëso-elektriese sensor kan verbeter, en is ook een van die mees praktiese metodes. Dit is omdat dit makliker is om die piëso-elektriese konstante van die piëso-elektriese keramiekplaat te verhoog deur die chemiese samestelling van die piëso-elektriese keramiek aan te pas. Boonop kan die piëzo-elektriese keramiekplaat die effektiewe piëso-elektriese konstante van die piëzo-elektriese keramiekplaat verhoog deur 'n geskikte vibrasiemodus en 'n serie-parallelle kombinasie te kies.