أخبار

أنت هنا: بيت / أخبار / أساسيات السيراميك الكهرضغطية / خصائص التخميد للاقتران الكهروميكانيكي بين كريستال السيراميك الضغطي والدائرة الكهربائية

خصائص التخميد للاقتران الكهروميكانيكي بين كريستال السيراميك الضغطي والدائرة الكهربائية

المشاهدات: 4 المؤلف: محرر الموقع وقت النشر: 2020-03-05 الأصل: موقع

استفسر

السيراميك الكهرضغطي، كمادة خزفية وظيفية جديدة، تم استخدامها على نطاق واسع في العديد من المجالات التقنية، بما في ذلك التطبيق في مجال التحكم في الاهتزاز الهيكلي. نظرًا لقدرته على تحويل الطاقة الميكانيكية والطاقة الكهربائية، يمكن دمجه في النظام كجهاز استشعار بالموجات فوق الصوتية أو مشغل للتحكم النشط في الاهتزاز الهيكلي. عندما تشكل المواد الخزفية الكهرضغطية والدوائر الخارجية دائرة مغلقة، بسبب الاقتران الميكانيكي والكهربائي، فإنها ستظهر بعض خصائص التخميد، والتي يمكن استخدامها للتحكم السلبي في الهياكل.

في عام 1979، اقترح فوروارد لأول مرة إمكانية استخدام السيراميك الكهروضغطي بالتوازي مع مكونات الدائرة للتحكم في الاهتزاز، ثم اقترح هاغود وفون، في هذا البحث، تم نمذجة خصائص الاقتران الميكانيكية والكهربائية للسيراميك الكهروضغطي والدوائر الخارجية نظريًا، وتأثيرها على أنبوب PZT الخزفي الاهتزاز الكابولي عندما تكون متصلة على التوازي مع دائرة المقاومة النقية ودائرة حث المقاومة المتسلسلة على التوالي. تتوافق النتائج التجريبية بشكل جيد مع النتائج النظرية، والتي تثبت بشكل منهجي جدوى السيراميك الكهرضغطي والدوائر الخارجية بالتوازي للتحكم في الاهتزاز. ومنذ ذلك الحين، بدأ العديد من الباحثين في الاستثمار في هذا المجال.

من أجل تطبيق أفضل لخصائص التخميد محول مستوى الموجات فوق الصوتية للتحكم في الاهتزاز، بناءً على العمل البحثي في هذه الورقة، تم إنشاء نموذج نظري لخصائص التخميد للاقتران المتوازي للسيراميك الكهرضغطي مع محاثة المقاومة ودوائر سعة المقاومة، ويتم التحقق من النموذج النظري بناءً على نظام الكابولي، والذي يوفر أساسًا نظريًا لتطبيق السيراميك الكهروضغطي في مجال أساس التحكم السلبي.

خصائص التخميد للسيراميك الكهروضغطي المتوازي

تتمتع المواد الخزفية الكهرضغطية بخاصية تحويل الطاقة الميكانيكية إلى طاقة كهربائية. عندما يتعرض السيراميك الكهرضغطي لقوة خارجية، فإن السطح سوف ينتج شحنة كهربائية. إذا كان السيراميك الكهرضغطي في حالة الدائرة، فسوف تتجمع الشحنة على سطح السيراميك الكهرضغطي. عندما يشكل السيراميك الكهرضغطي دائرة قريبة مع الدائرة الخارجية، سيتم استهلاك جزء من الشحنة الكهربائية في شكل طاقة حرارية بواسطة المعاوقة الموجودة في الدائرة، أي أنه سيتم إطلاق جزء من الطاقة الميكانيكية في شكل طاقة حرارية. هذه هي الآلية التي يتم بها توصيل السيراميك الكهرضغطي والدوائر الخارجية بالتوازي للتحكم في الاهتزاز السلبي.

1.2 النموذج النظري

من وجهة النظر الكهربائية، يمكن تبسيط السيراميك الكهرضغطي كنموذج متسلسل لمصدر الجهد والمكثف. وهو نموذج كهربائي مكافئ للسيراميك الضغطي بالتوازي مع الدائرة الخارجية. المعاوقة الكهربائية للنظام عندما تكون الدائرة الخارجية مغلقة أو مفتوحة. المعاوقة الميكانيكية تعادل الصلابة الميكانيكية للمواد الكهرضغطية. لذلك، يمكن تحديد خصائص التخميد للسيراميك الكهرضغطي المتوازي وعامل تبديد الطاقة ŋ ونسبة الصلابة e على التوالي. عندما تكون الدوائر الخارجية عبارة عن دائرة متوازية لتحريض المقاومة ودائرة سلسلة السعة السلبية للمقاومة على التوالي، يمكن الحصول على نموذج خصائص تخميد المواد للسيراميك الكهروإجهادي: خصائص التخميد للسيراميك الكهرضغطي ومعامل الاقتران الكهروميكانيكي للسيراميك الكهروإجهادي وتردد العمل وعامل الاهتزاز كلها مرتبطة. ترتبط خصائص التخميد للسيراميك الكهرضغطي المتوازي بالعديد من العوامل، مثل خصائص السيراميك الكهروضغطي، وأنواع الدوائر الخارجية، ومعلمات الدائرة المحددة. مع تغير هذه العوامل، يظهر السيراميك الكهرضغطي خصائص تخميد مختلفة.

أبحاث المحاكاة تعتمد على نظام الشعاع الكابولي

من أجل التحقق من تأثير نوع الدائرة والمعلمات ذات الصلة على خصائص التخميد للتوازي محولات الطاقة الخزفية الكهرضغطية ، تم تصميم مجموعة من أنظمة المحاكاة المعتمدة على الشعاع الكابولي. يتم لصق لوح السيراميك الكهرضغطي PZT-5 على سطح العارضة الكابولية، ويتم تأريض سطح الشعاع، ويظهر اتجاه الاستقطاب للوحة السيراميك الكهرضغطية. من بين صفائح السيراميك الكهرضغطية الأربعة، يوجد اثنان من المحركات، وهما المصدران الدافعان لاهتزاز الحزمة الكابولية؛ أحدهما هو المستشعر، الذي يعكس شدة الاهتزاز للموضع المقابل على شعاع الكابولي من خلال قيمة الجهد المقاسة؛ الآخر بالتوازي مع الدائرة الخارجية، الزوج الأول من صفائح السيراميك الكهرضغطية هو 60 مم * 26.4 مم * 0.25 مم، والزوج الثاني 50 مم * 26.4 مم * 0.25 مم. المسافة بين الطرف الأيسر لزوجين من رقائق السيراميك الانضغاطية والنهاية الثابتة للعارضة الكابولية هي 18 مم و100 مم على التوالي. هناك علاقة وظيفة نقل بين جهد الدخل للمشغل وجهد الخرج للمستشعر. من خلال مقارنة وظيفة النقل للدائرة المتوازية الخارجية في الدائرة المفتوحة والدائرة المغلقة، يمكن تحديد تأثير السيراميك الكهرضغطي الموازي على اهتزاز النظام.

وفقا للنموذج أعلاه، يتم محاكاة تأثير السيراميك الكهرضغطي على اهتزاز نظام شعاع الكابولي في أربع حالات. وهي المقاومة، ومحاثة المقاومة التسلسلية، ومحاثة المقاومة الموازية، والسعة السلبية للمقاومة المتوازية. يتم تحقيق السعة السلبية عن طريق دائرة تحويل المعاوقة السلبية. تشتمل معلمات الكابولي والسيراميك الكهروضغطي المستخدم في المحاكاة فقط على الوضع الأول للكابولي، ويتم أخذ تأثير تغير المقاومة على خصائص التخميد للسيراميك الكهروضغطي في الاعتبار.

في الدوائر المتوازية المختلفة، يكون للسيراميك الكهرضغطي تأثير كبير على اهتزاز نظام العوارض الكابولية. بالنسبة لنفس الدائرة، يتغير تأثير التخميد مع تغير قيمة المقاومة، وهناك قيمة مثالية من اتجاه التغيير. وهذا يتوافق مع النموذج النظري في الجزء السابق. يمكن أن نرى من المقارنة أن تأثير التخميد هو الأصغر عندما يكون متصلاً على التوازي مع المقاومة، والأقوى عندما يكون متصلاً على التوازي مع دائرة سلسلة المقاومة ذات السعة السلبية. بالنسبة لنوعين من الدوائر المتوازية لتحريض المقاومة، يكون تأثير السيراميك الكهرضغطي على النظام مشابهًا، لكن حساسية أداء التخميد مع تغير المقاومة مختلفة تمامًا. علاوة على ذلك، عندما تتغير مقاومة دائرة محاثة المقاومة المتسلسلة من الكبيرة إلى الصغيرة، وتتغير مقاومة دائرة محاثة المقاومة الموازية من صغيرة إلى كبيرة، فإن اتجاه تأثيرها على أداء النظام الكابولي هو نفسه. وبالنظر إلى خصائص التخميد للسيراميك الضغطي على التوازي وتأثيرها على أداء النظام، يتم إجراء مقارنة شاملة.