مبدأ العمل الأساسي وخصائص المحولات الخزفية الكهرضغطية متعددة الطبقات

يتم استخدام تطبيق التأثير الكهروضغطي العكسي بشكل أساسي للطنانات الكهرضغطية، مثل بطاقات الموسيقى، وأجراس الأبواب، وأجهزة النداء. مبدأ العمل الأساسي هو أنه عندما يتم تطبيق مجال كهربائي متناوب على لوح السيراميك الكهرضغطي، فإن لوح السيراميك الكهرضغطي يولد تشوهًا أو اهتزازًا مناظرًا، وعندما يكون تردد الاهتزاز في نطاق الصوت، ينبعث الصوت المقابل.

الهيكل الأساسي للمحول الخزفي الكهرضغطي هو الجمع بين تطبيق طنان كهرضغطية مع تطبيق مشعل كهرضغطية لتشكيل مرنان كهرضغطية. عند أحد طرفي الجرس (يسمى نهاية القيادة)، يتم توليد جهد متناوب جيبي يتوافق مع تردد الرنين للمحول الكهرضغطي. يولد الرنان الكهرضغطي اهتزازًا وينتقل إلى أحد طرفي المشعل (يسمى طرف توليد الطاقة)، ​​مما يؤدي إلى جهد جيبي مستمر يعتمد على الخصائص الهيكلية للمحول الكهرضغطي، ويمكن إدخال جهد منخفض، أو إخراج جهد عالي (نوع التعزيز)، أو إدخال جهد عالي، أو إخراج جهد منخفض (نوع باك). يمكن تحقيق نقل الإشارة عن طريق إضافة تعديل التردد المنخفض من خلال المودم عند جهد محرك التردد العالي.

تطبيق تحديد المواقع الدقيق لألواح السيراميك الكهرضغطية في عملية التحكم الصناعية. بعد اكتشاف التأثير الكهرضغطي، كان السيراميك الكهروضغطي بمثابة جهاز كهروصوتي أو صوتي، وهناك العديد من التطبيقات، مثل أجهزة الاستشعار الصوتية وأجهزة استشعار الصدمات. يتم استخدامها بشكل عام في مجالات قياس الاهتزاز والاهتزاز وما إلى ذلك. لا توجد تطبيقات ناضجة لقياس الموضع بدقة. المعدات الصناعية في مناشف التحكم في الحركة، للتحكم في الموضع بدقة عالية، أفضل أجزاء المستشعر هي أجهزة التشفير المختلفة، والتي لا يمكنها فقط تحقيق دقة تبلغ 0.01 مم أو حتى ميكرون بسهولة، ولكن يمكنها أيضًا جمع بيانات الموقع في عملية الحركة بأكملها. ومع ذلك، فإن الذبابة هي أنها باهظة الثمن. تتكون أجهزة الاستشعار الضوئية العادية عمومًا من مصابيح LED حمراء وترانزستورات ضوئية، يستخدم كل منها شقًا بعرض معين للحد من حجم الحزم المنبعثة والمستقبلة. ولذلك، فإن خصائص الإرسال للأنبوب الحساس وحجم الشعاع تحدد بشكل مباشر دقة المستشعر.

في ظل متطلبات الدقة العالية، نتيجة الكشف عادية محول لوحة السيراميك بيزو غامض للغاية. حتى بعد التشكيل الرقمي، نظرًا لتأثير انجراف نقطة العمل وتداخل البيئة الخارجية، لا يمكننا الحصول على نتائج الكشف المتكررة المستقرة. ولذلك، تُستخدم هذه المستشعرات الضوئية عمومًا لتلبية متطلبات الدقة البالغة 0.5 مم أو أقل المطلوبة لتحديد المواقع الميكانيكية العامة. من أجل التكيف مع دقة محرك السائر التي تبلغ 0.1 مم أو أكثر، من الضروري نظريًا تقليل عرض الشق بشكل أكبر. في الواقع، عرض الشق صغير جدًا. لن يتمكن الجهاز الحساس للضوء من الحصول على تدفق ضوئي كافٍ، وبالتالي لا يمكن تشغيل الأنبوب الحساس للضوء، وبالتالي لا يمكن اكتشاف حركة العائق. تتطلب أجهزة استشعار الحث الكهرومغناطيسي الأخرى، مثل مفاتيح القرب وأجهزة استشعار القاعة، تحريك المعادن أو المواد المغناطيسية الحديدية للاقتراب من سطح الاستشعار. في نطاق مسافة معينة، يتم تأكيد المستوى المتوسط ​​الناتج على أنه حالة الانقلاب. ومع ذلك، فإن نطاق هذه المسافة غامض وعشوائي نسبيًا، وستتأثر إمكانية تكرار نتائج الاختبار أيضًا بعوامل مثل ظروف الدائرة المحددة والبيئة المحيطة وتأخر الاستجابة، لذلك لا يمكن استخدامها للتحكم في تحديد المواقع عالي الدقة. لهذه الأسباب، فإن تحديد المواقع بدقة على مستوى قريب من الميكرون كان حتى الآن غير مشفر تقريبًا، والأجهزة التي يمكنها استخدام مستويات الدقة هذه غير مكلفة بشكل عام، بغض النظر عن عامل سعر التكلفة للمستشعر. ومع ذلك، توفر المحركات السائر غير المكلفة دقة قيادة عالية بما يكفي، مثل أسوأ زاوية خطوة تبلغ 1.8 درجة، والتي يمكن الحصول عليها باستخدام محرك لولبي أكثر خشونة (10 مم/360*1.8=). دقة التحكم 0.5 مم، في النظام الكهروميكانيكي الرخيص الذي يتكون من محرك متدرج، كيفية تحقيق التحكم في موضع المستشعر وهو رخيص ويمكن أن يتوافق مع دقة محرك متدرج. يتيح استخدام قطعة السيراميك الكهرضغطية في التأثير حلاً دقيقًا وغير مكلف للتحكم في الموضع. وفيما يلي خطة التطبيق. وتوضيح مدى جدواها وطرق تنفيذها. افترض أن منصة العمل تبدأ من الموضع الأولي، وتتحرك لمسافة محددة، ثم تعود إلى الموضع الأولي لإكمال دورة العمل. هنا، يتم استخدام محرك السائر، مع تسارع البدء الصحيح وتباطؤ الفرامل لضمان أقل قدر ممكن من الخروج عن الخطوة، بحيث لا يمكن تحقيق أي تحديد موضع دقيق لمنصة العمل إلا من خلال التحكم في الحلقة المفتوحة لمحرك السائر. إن تثبيت القطعة الكهرضغطية في موضع نقطة البداية لا يوفر الموضع المرجعي الأولي للنظام فحسب، بل يسمح أيضًا بالخسارة المتراكمة لحالات الخروج عن السيطرة والاضطراب وما إلى ذلك أثناء عملية القيادة عن طريق إعادة كل دورة عمل للمنصة إلى موضع إعادة الضبط. جعل كل دورة عمل تبدأ من موضع إعادة الضبط الدقيق. على الرغم من أن الإشارة الكهربائية لمستشعر إعادة الضبط تتولد عن طريق تأثير ميكانيكي، إلا أنه يمكن جعل التأثير غير مدمر من خلال التدابير التالية: (1) تأثير السرعة المنخفضة: عندما تقترب الحركة من موضع إعادة الضبط، تتباطأ السرعة، وهو ما يعرف بالسكتة الدماغية. يمكن تحقيق التحكم في حركة التسارع والتباطؤ. في حالة السفر غير المعروف، يمكنك الاحتفاظ بالحركة البطيئة بأكملها للاقتراب من موضع إعادة الضبط؛ (2) حاجز الصدمات: تتم إضافة عضو التأثير بالمطاط أو الزنبرك إلى المخزن المؤقت، وضبط التحميل المسبق المناسب، والذي يمكن الحصول عليه قبل أن يتشوه عنصر التوسيد بشكل واضح. تعمل الإشارة الكهربائية التي تضرب الخرج، على تقليل تأثير التوسيد من صلابة التأثير وإطالة عمر خدمة المستشعر. عندما يكون النظام خارج نطاق السيطرة، اعتمادًا على ما إذا كان المحرك مسدودًا أم لا، يمكن إجراء القياس التالي لتجنب حدوث الهروب. (1) الانسداد الصلب: عندما يُسمح لنظام محرك المحرك بالانسداد، يتم استخدام الحد الميكانيكي الصلب للحد من الحركة المستمرة بعد الاصطدام بالسيراميك الكهرضغطي؛ (2) العبور المرن: في حالة عدم السماح بالحجب، استخدم الزنبرك/الاهتزاز. آلية مثل القضيب محملة بمطرقة. عندما يخرج الأمر عن السيطرة، يمكن أن تتحرك الآلية عبر المستشعر، وتستمر المنصة في التحرك للأمام، ويتم إضافة مفتاح رحلة الطوارئ لقطع مصدر الطاقة المقابل، أو قياس آخر لإنهاء العملية غير الطبيعية.