بحث حول جهاز الاستقطاب الخزفي الكهرضغطي للمحرك بالموجات فوق الصوتية

1 الاستقطاب المقترح
يعتمد المحرك بالموجات فوق الصوتية من نوع الموجة المتنقلة على موجة السفر في الجسم المرن للحصول على لحظة الدوران عن طريق الاحتكاك بين الدوار. وفقًا لمبدأ العمل الأساسي للمحرك بالموجات فوق الصوتية من نوع الموجة المتنقلة، فإن الطريقة التقليدية المعتمدة للهزاز الكهروضغطي هي التقسيم الأول وفقًا لوضع الاهتزاز، وعدد الأقسام، وعدد مرات الاستقطاب. وجدت الدراسة أن هذا الاستقطاب للهزازات الكهرضغطية له عيوب كبيرة. نظرًا للاستقطابات المتعددة، تختلف تأثيرات الاستقطاب للأقسام بعد الاستقطاب، لذلك لا يمكن موازنة اتساع موجات الانحناء المثارة بواسطة مجموعتي الهزازات الكهرضغطية. في هذا الوقت، يكون معامل الاحتكاك بين الدوار والجزء الثابت أقل، مما يؤثر على كفاءة خرج المحرك. من أجل حل المشاكل المذكورة أعلاه وتحسين انتظام الاستقطاب، تقترح هذه الورقة وضع الاستقطاب المتناحي المتزامن. أولاً، يتم تقسيم السيراميك الكهرضغطي أولاً، ثم يتم توصيل القطبية الإيجابية لجهد الخرج لدائرة توليد الجهد العالي بقسم الاستقطاب الإيجابي للسيراميك الكهرضغطي من خلال جهاز توزيع المجال الكهربائي؛ يتم توصيل القطبية السلبية لجهد الخرج بعكس السيراميك الكهرضغطي. بعد تنشيط جهاز الاستقطاب، يتم استقطاب السيراميك الكهرضغطي في نفس الاتجاه في نفس الوقت.

2 الهيكل العام
بالإضافة إلى الاستقطاب الحراري الشائع الاستخدام، فإن تتميز عملية استقطاب قضيب الكوارتز الكريستالي الخزفي أيضًا باستقطاب درجة حرارة عالية وجهد منخفض، وعملية استقطاب رنانة، وما شابه ذلك. لعمليات الاستقطاب المختلفة متطلبات تصميم مختلفة لأجهزة الاستقطاب. في ظل فرضية تلبية متطلبات الاستقطاب، من أجل جعل جهاز الاستقطاب المصمم بسيطًا وموثوقًا، تكون العملية بسيطة، فهم يختارون عملية الاستقطاب الحراري، أي يتم وضع السيراميك الكهرضغطي المراد استقطابه في زيت السيليكون وتسخينه إلى 100 درجة مئوية ~ 150 درجة مئوية، ثم يتم تطبيق التيار عبر السيراميك الكهرضغطي بحيث تتم محاذاة المجالات قدر الإمكان في اتجاه المجال الكهربائي الخارجي ويتم إخراجها بعد فترة من الزمن. إن آلية الاستقطاب هي ببساطة تحت تأثير مجال كهربائي قوي مستمر، حيث يتم ترتيب مناطق الاستقطاب ذات التوجه الفوضوي في الأصل (المجالات الكهربائية) بترتيب على طول اتجاه المجال الكهربائي. بعد إزالة المجال الكهربائي، تظل المجالات الموجودة في الجسم الخزفي تحتفظ باتجاه معين على طول المجال الكهربائي. وبالتالي، فإن البلورات المتعددة الخواص (لا يوجد إزاحة لمركز الجاذبية الكهربائية ولا توجد كهرضغطية) تصبح بلورات متعددة متباينة الخواص، بحيث يكون للجسم الخزفي الانضغاطي خصائص كهرضغطية. وفقًا لمتطلبات عملية الاستقطاب الحراري، يحتاج جهاز الاستقطاب إلى توفير درجة حرارة استقطاب ثابتة ومجال كهربائي مناسب للاستقطاب وتوزيع المجال الكهربائي المطلوب. وفقًا لمتطلبات التصميم، يجب أن يتكون جهاز استقطاب السيراميك الكهرضغطي بشكل أساسي من الأجزاء الثلاثة التالية:
1 دائرة تسخين. بشكل رئيسي عن طريق السخان، جهاز التحكم في درجة الحرارة. وهو يتكون من أخدود استقطابي.
2 دائرة توليد الجهد العالي الاستقطاب.
3 جهاز توزيع المجال الكهربائي .

3 متحكم في درجة الحرارة
يعتمد النظام على المتحكم الدقيق باعتباره جوهرًا لإدارة وتنسيق وحدة التحكم بأكملها. يستخدم مستشعر درجة الحرارة كمكون لقياس درجة الحرارة، ودائرة V/F كتحويل A/D، وقدرة قوية ضد التداخل. في جهاز التحكم في درجة الحرارة، يمكن تنفيذ وظائف مثل ضبط وتشغيل درجة الحرارة ومعلمات التحكم بواسطة لوحة المفاتيح ودائرة العرض. يعتمد برنامج التحكم الخوارزمية. مبدأ التحكم هو أولاً العثور على قيمة الانحراف لقياس درجة حرارة الاستقطاب ودرجة الحرارة المحددة، ثم معالجة قيمة الانحراف للحصول على إشارة تحكم لضبط نسبة التشغيل لإشارة الخرج، وبالتالي ضبط نسبة وقت التسخين في فترة معينة تستخدم للتحكم في درجة حرارة حمام الاستقطاب. عملية عمل النظام هي كما يلي: يتم تحويل إشارة درجة الحرارة إلى إشارة جهد بواسطة مستشعر درجة الحرارة المتكامل، ويتم تضخيم إشارة الجهد وتصفيتها لإجراء تحويل تردد الجهد، ويتم الحصول على قطار نبض متوافق مع الدائرة المنطقية، ويتناسب تردد النبض ودرجة الحرارة بدقة. بعد عزل النبض بواسطة optocoupler، يتم إدخاله في الكمبيوتر الصغير أحادي الشريحة. بعد معالجة البرنامج، يمكن الحصول على قيمة درجة الحرارة الحالية. تتم مقارنة درجة الحرارة مع القيمة المحددة لدرجة الحرارة للحصول على انحراف درجة الحرارة. يتم حساب كمية التحكم بواسطة الخوارزمية ويتم التحكم فيها. وقت تشغيل وإيقاف الجهد المطبق على السخان لتحقيق غرض التحكم في درجة الحرارة.

4 دائرة توليد الجهد العالي الاستقطاب
وظيفة استقطاب الجهد العالي تهدف دائرة توليد محول القرص الكهرضغطي إلى توفير ظروف المجال الكهربائي المناسبة للاستقطاب، وهو جزء أساسي من جهاز استقطاب السيراميك الكهرضغطي. في دائرة توليد الجهد العالي المستقطبة، يتم استخدام محول تنظيم جهد التنصت المركزي ومحول الرفع لتعزيز الطاقة التجارية، وإخراج جهد عالي للتيار المتردد، ومن ثم التصحيح من خلال دائرة مقوم الجسر للحصول على جهد تيار مستمر عالي مطلوب للاستقطاب. أثناء عملية الاستقطاب، يتم ضبط محول تنظيم الجهد ببطء لزيادة جهد التيار المستمر الناتج ببطء، مما يوفر مجالًا كهربائيًا مناسبًا للتيار المستمر للاستقطاب. في تجربة الاستقطاب، وجد أنه عندما يتم ضبط جهد الخرج إلى قيمة معينة، فإن جهد الخرج سينخفض ​​ببطء مع تقدم عملية الاستقطاب. من أجل الحفاظ على استقرار عملية الاستقطاب، نحتاج إلى ذلك عن طريق ضبط محول تنظيم الجهد، ويتم زيادة جهد الدخل بشكل مستمر لتحقيق استقرار جهد الخرج.

5 الاستنتاج:
يوضح البحث أن ثابت الكهرضغطية d33 لكل منطقة من السيراميك الكهرضغطي المستقطب في وقت واحد في نفس الاتجاه أكثر اتساقًا واتساقًا، وهو أمر مفيد لتحسين كفاءة إخراج محرك الموجات فوق الصوتية. من أجل تحسين الطاقة الكهرضغطية للسيراميك الكهروضغطي وتحسين أداء المحرك بالموجات فوق الصوتية، أجرى المؤلف بحثًا أساسيًا حول جهاز استقطاب الجهاز الكهرضغطي وحقق نتائج معينة، لكن التحسين الإضافي لأداء السيراميك الكهروضغطي سيعتمد أيضًا على جوانب العمل التالية:

1 مزيد من الدراسة للمواد السيراميكية الكهروضغطية، وتحسين عملية تحضيرها وخصائص المواد.
2 دراسة طرق الاستقطاب الجديدة ومحاولة تعظيم أداء المواد.
3 تحسين دائرة توليد الجهد العالي الاستقطاب لتحسين جودة الطاقة ونطاق العرض.
4 من خلال التجارب، تم البحث عن ظروف الاستقطاب المثلى للسيراميك الكهرضغطي المختلفة.