Nyheder

Du er her: Hjem / Nyheder / Grundlæggende om piezoelektrisk keramik / Dæmpningsegenskaber ved elektromekanisk kobling mellem piezokeramisk krystal og elektrisk kredsløb

Dæmpningsegenskaber ved elektromekanisk kobling mellem piezokeramisk krystal og elektrisk kredsløb

Visninger: 4 Forfatter: Webstedsredaktør Udgivelsestid: 2020-03-05 Oprindelse: websted

Spørge

Piezoelektrisk keramik, som et nyt funktionelt keramisk materiale, der har været meget udbredt inden for de mange tekniske områder, herunder anvendelsen inden for strukturel vibrationskontrol. På grund af dens evne til at omdanne mekanisk energi og elektrisk energi, kan den indlejres i systemet som en ultralydssensor eller aktuator til aktiv kontrol af strukturelle vibrationer. Når piezoelektriske keramiske materialer og eksterne kredsløb danner et lukket kredsløb, vil det på grund af den mekaniske og elektriske kobling vise nogle dæmpningsegenskaber, som kan bruges til passiv styring af strukturer.

I 1979 foreslog Forward først muligheden for at bruge piezoelektrisk keramik parallelt med kredsløbskomponenter til vibrationsstyring, og derefter hagood og von. I dette papir er de mekaniske og elektriske koblingskarakteristika for piezoelektrisk keramik og eksterne kredsløb teoretisk modelleret, og indflydelsen af PZT piezokeramisk rør på cantilever-vibration i serier og parallelmodstandskredsløb, når de er serieforbundet med renduktiv kredsløbsmodstand. De eksperimentelle resultater er i god overensstemmelse med de teoretiske resultater, som systematisk beviser gennemførligheden af piezoelektrisk keramik og eksterne kredsløb parallelt til vibrationskontrol. Siden da er mange forskere begyndt at investere i dette felt.

For bedre at anvende dæmpningsegenskaberne ved ultralydsniveautransducer til vibrationsstyring, baseret på forskningsarbejdet i dette papir, etableres en teoretisk model af dæmpningsegenskaberne ved parallelkobling af piezoelektrisk keramik med modstandsinduktans- og modstandskapacitanskredsløb, og den teoretiske model er verificeret baseret på cantilever-systemet, som giver et teoretisk grundlag for anvendelsen af passiv feltstyring, der findes i passiv feltstyring.

Dæmpningsegenskaber for parallel piezoelektrisk keramik

Piezoelektriske keramiske materialer har den egenskab, at de konverterer mekanisk energi til elektrisk energi. Når piezoelektrisk keramik udsættes for ydre kraft, vil overfladen producere elektrisk ladning. Hvis den piezoelektriske keramik er i kredsløbstilstand, vil ladningen samle sig på overfladen af den piezoelektriske keramik. Når piezoelektrisk keramik danner et tæt kredsløb med det eksterne kredsløb, vil en del af den elektriske ladning blive forbrugt i form af varmeenergi af impedansen i kredsløbet, det vil sige, at en del af den mekaniske energi frigives i form af varmeenergi. Dette er den mekanisme, som piezoelektrisk keramik og eksterne kredsløb er forbundet parallelt til passiv vibrationskontrol.

1.2 teoretisk model

Fra det elektriske synspunkt kan piezoelektrisk keramik forenkles som en seriemodel af en spændingskilde og en kondensator. Det er en tilsvarende elektrisk model af piezo-keramik parallelt med det eksterne kredsløb. Systemets elektriske impedans, når det eksterne kredsløb er lukket eller åbent. Den mekaniske impedans svarer til den mekaniske stivhed af piezoelektriske materialer. Derfor kan dæmpningsegenskaberne for parallel piezoelektrisk keramik, energidissipationsfaktoren ŋ og stivhedsforholdet e defineres hhv. Når de eksterne kredsløb er henholdsvis modstandsinduktans parallelkredsløb og modstand negativ kapacitans seriekredsløb, kan materialedæmpningsegenskabsmodellen for piezoelektrisk keramik opnås: piezoelektrisk keramisk dæmpning: den elektromekaniske koblingskoefficient for piezoelektrisk keramik, arbejdsfrekvens og vibrationsfaktor er alle relaterede. Dæmpningsegenskaberne for parallel piezoelektrisk keramik er relateret til mange faktorer, såsom egenskaberne ved piezoelektrisk keramik, typerne af eksterne kredsløb og specifikke kredsløbsparametre. Med ændringen af disse faktorer viser piezoelektrisk keramik forskellige dæmpningsegenskaber.

Simuleringsforskning Baseret på cantilever bjælkesystem

For at verificere indflydelsen af kredsløbstype og relaterede parametre på dæmpningsegenskaberne for parallel piezoelektriske keramiske transducere , et sæt simuleringssystem baseret på cantilever stråle er designet. PZT-5 piezoelektrisk keramisk plade er klistret på overfladen af cantilever bjælke, overfladen af bjælken er jordet, og polarisationsretningen af piezoelektrisk keramisk plade er vist. Blandt de fire piezoelektriske keramiske plader er to aktuatorer, som er de drivende kilder til fribærende strålevibrationer; den ene er sensoren, som afspejler vibrationsintensiteten af den tilsvarende position på udkragningsbjælken gennem den målte spændingsværdi; det andet er parallelt med det eksterne kredsløb, det første par piezoelektriske keramiske plader er 60 mm * 26,4 mm * 0,25 mm, og det andet par er 50 mm * 26,4 mm * 0,25 mm. Afstanden mellem venstre ende af to par piezokeramiske spåner og den faste ende af cantilever-bjælken er henholdsvis 18 mm og 100 mm. Der er et overførselsfunktionsforhold mellem aktuatorens indgangsspænding og sensorens udgangsspænding. Ved at sammenligne overføringsfunktionen af det eksterne parallelkredsløb i åbent kredsløb og lukket kredsløb kan den parallelle piezoelektriske keramiks indflydelse på systemvibrationen bestemmes.

Ifølge ovenstående model simuleres indflydelsen af piezoelektrisk keramik på vibrationen af cantilever strålesystem i fire tilfælde. Det er modstand, seriemodstandsinduktans, parallel modstandsinduktans og negativ kapacitans af parallel modstand. Negativ kapacitans realiseres af negativ impedanskonverteringskredsløb. Parametrene for cantilever og piezoelektrisk keramik, der anvendes i simuleringen, involverer kun den første modus af cantilever, og indflydelsen af modstandsændringen på dæmpningsegenskaberne for piezoelektrisk keramik tages i betragtning.

I de forskellige parallelle kredsløb har piezoelektrisk keramik stor indflydelse på vibrationen af udkragende bjælkesystem. For samme kredsløb ændres dæmpningseffekten med ændringen af modstandsværdien, og der er en optimal værdi fra ændringstrenden. Dette er i overensstemmelse med den teoretiske model i den foregående del. Det kan ses af sammenligningen, at dæmpningseffekten er den mindste, når den er parallelkoblet med modstanden, og den stærkeste, når den er parallelkoblet med den modstands negative kapacitans seriekredsløb. For to slags modstandsinduktans-parallelle kredsløb er indflydelsen af piezoelektrisk keramik på systemet ens, men følsomheden af dæmpningsydelsen med ændringen af modstanden er helt anderledes. Desuden, når modstanden af seriemodstandsinduktanskredsløbet ændres fra stor til lille, og modstanden af parallelmodstandsinduktanskredsløbet ændres fra lille til stor, er tendensen for deres indflydelse på ydeevnen af cantilever-systemet den samme. I betragtning af dæmpningsegenskaberne for piezokeramikken parallelt og dets indflydelse på systemets ydeevne, foretages en omfattende sammenligning.