اصل کار و ویژگی های ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک چند لایه

کاربرد اثر پیزوالکتریک معکوس عمدتاً برای زنگ های پیزوالکتریک مانند کارت های موسیقی، زنگ درها، پیجر استفاده می شود. اصل کار این است که وقتی یک میدان الکتریکی متناوب بر روی ورق سرامیکی پیزوالکتریک اعمال می‌شود، ورق سرامیکی پیزوالکتریک تغییر شکل یا ارتعاش مربوطه را ایجاد می‌کند و هنگامی که فرکانس ارتعاش در باند صوتی است، صدای مربوطه منتشر می‌شود.

ساختار اصلی ترانسفورماتور سرامیکی پیزوالکتریک ترکیبی از استفاده از یک زنگ پیزوالکتریک با استفاده از یک جرقه زن پیزوالکتریک برای تشکیل یک تشدید کننده پیزوالکتریک است. در یک انتهای زنگ (به نام انتهای درایو)، یک ولتاژ متناوب سینوسی تولید می شود که با فرکانس تشدید ترانسفورماتور پیزوالکتریک سازگار است. تشدید کننده پیزوالکتریک ارتعاش ایجاد می کند و به یک سر جرقه زن منتقل می شود (به نام انتهای تولید کننده برق)، در نتیجه ولتاژ سینوسی پیوسته به ویژگی های ساختاری ترانسفورماتور پیزوالکتریک بستگی دارد و می تواند ولتاژ پایین ورودی، ولتاژ بالا خروجی (نوع بوست ولتاژ)، یا ولتاژ ورودی پایین (نوع بوست خروجی) باشد. انتقال سیگنال را می توان با اضافه کردن مدولاسیون فرکانس پایین از طریق مودم در ولتاژ درایو فرکانس بالا به دست آورد.

کاربرد موقعیت یابی دقیق ورق های سرامیکی پیزوالکتریک در فرآیند کنترل صنعتی. پس از کشف اثر پیزوالکتریک، سرامیک های پیزوالکتریک ابتدا به عنوان یک دستگاه الکتروآکوستیک یا آکوستیک خدمت کردند و کاربردهای زیادی مانند سنسورهای صوتی و سنسورهای شوک وجود دارد. آنها به طور کلی در زمینه های اندازه گیری ارتعاش، تکان دادن و غیره استفاده می شوند. هیچ برنامه کاربردی بالغ برای اندازه گیری موقعیت دقیق وجود ندارد. تجهیزات صنعتی در حوله های کنترل حرکت، برای کنترل موقعیت با دقت بالا، بهترین قطعات حسگر رمزگذارهای مختلف هستند که نه تنها می توانند به راحتی به دقت 0.01 میلی متر یا حتی میکرون دست یابند، بلکه می توانند داده های موقعیت را در کل فرآیند حرکت جمع آوری کنند. با این حال، پرواز این است که گران است. سنسورهای نوری معمولی معمولاً از LED قرمز و ترانزیستورهای نوری تشکیل شده‌اند که هر کدام از آنها از شکافی با عرض معین برای محدود کردن اندازه پرتوهای ساطع شده و دریافتی استفاده می‌کنند. بنابراین، ویژگی های انتقال لوله حساس به نور و اندازه پرتو به طور مستقیم دقت سنسور را تعیین می کند.

تحت نیاز به دقت بالا، نتیجه تشخیص معمولی است مبدل صفحه سرامیکی پیزو بسیار مبهم است. حتی پس از شکل‌دهی دیجیتال، به دلیل تأثیر رانش نقطه کار و تداخل محیط خارجی، نمی‌توانیم نتایج تشخیص مکرر پایدار را بدست آوریم. بنابراین، چنین حسگرهای نوری معمولاً برای دقت مورد نیاز 0.5 میلی متر یا کمتر برای موقعیت مکانیکی عمومی مورد استفاده قرار می گیرند. به منظور انطباق با دقت موتور پله ای 0.1 میلی متر یا بیشتر، از نظر تئوری لازم است که عرض شکاف را بیشتر کاهش دهیم. در واقع عرض شکاف خیلی کوچک است. دستگاه حساس به نور نمی تواند شار نوری کافی به دست آورد، به طوری که لوله حساس به نور نمی تواند روشن شود و بنابراین حرکت انسداد قابل تشخیص نیست. سایر حسگرهای القایی الکترومغناطیسی، مانند سوئیچ های مجاورت و سنسورهای سالن، برای نزدیک شدن به سطح حسگر به فلز متحرک یا مواد فرومغناطیسی نیاز دارند. در محدوده یک فاصله معین، سطح متوسط ​​حاصل به عنوان حالت تلنگر تأیید می شود. با این حال، محدوده این فاصله نسبتا مبهم و تصادفی است و تکرارپذیری نتایج آزمایش نیز تحت تأثیر عواملی مانند شرایط خاص مدار، محیط اطراف و تاخیر پاسخ قرار می‌گیرد، بنابراین نمی‌توان از آن برای کنترل موقعیت‌یابی با دقت بالا استفاده کرد. به این دلایل، موقعیت‌یابی دقیق در سطح میکرون تا کنون تقریباً غیر رمزگذار بوده است و دستگاه‌هایی که می‌توانند از چنین سطوح دقیقی استفاده کنند، صرف‌نظر از فاکتور قیمت تمام شده سنسور، عموماً ارزان هستند. با این حال، موتورهای پله ای ارزان قیمت، دقت کافی درایو را ارائه می دهند، مانند بدترین زاویه گام 1.8 درجه، که می توان با یک درایو پیچ سربی خشن تر (10mm/360*1.8=) به دست آورد. دقت کنترل 0.5 میلی متر، در سیستم الکترومکانیکی ارزان متشکل از موتور پله، چگونه می توان کنترل موقعیت سنسور را درک کرد که ارزان است و می تواند با دقت موتور پله مطابقت داشته باشد. استفاده از قطعه سرامیکی پیزوالکتریک در ضربه، امکان یک راه حل کنترل موقعیت ارزان و دقیق را فراهم می کند. در زیر یک برنامه کاربردی وجود دارد. برای روشن شدن امکان سنجی و روش های اجرای آن. فرض کنید سکوی کار از موقعیت اولیه شروع می شود، یک فاصله مشخص را حرکت می دهد و سپس برای تکمیل یک چرخه کاری به موقعیت اولیه باز می گردد. در اینجا از یک درایو موتور پله‌ای استفاده می‌شود، با شتاب راه‌اندازی صحیح و کاهش سرعت ترمز برای اطمینان از کوچک‌ترین خروجی ممکن، به طوری که هر موقعیت دقیق پلت فرم کار را می‌توان تنها با کنترل حلقه باز موتور پله‌ای به دست آورد. نصب قطعه پیزوالکتریک در موقعیت نقطه شروع نه تنها موقعیت مرجع اولیه را برای سیستم فراهم می کند، بلکه با برگرداندن هر چرخه کاری پلت فرم به موقعیت تنظیم مجدد، امکان از دست دادن انباشته شدن خارج از کنترل، بی نظمی و غیره را در طول فرآیند رانندگی فراهم می کند. شروع هر چرخه کاری در موقعیت تنظیم مجدد دقیق. اگرچه سیگنال الکتریکی سنسور تنظیم مجدد توسط یک ضربه مکانیکی تولید می شود، ضربه را می توان با اقدامات زیر غیرمخرب کرد: (1) ضربه با سرعت کم: وقتی حرکت به موقعیت تنظیم مجدد نزدیک می شود، سرعت کاهش می یابد که به آن ضربه می گویند. کنترل حرکت شتاب و کاهش سرعت را می توان متوجه شد. در مورد سفر ناشناخته، می توانید کل حرکت آهسته را نگه دارید تا به موقعیت تنظیم مجدد نزدیک شوید. (2) ضربه گیر: عضو ضربه با لاستیک یا فنر به بافر اضافه می شود، پیش بار مناسب را تنظیم می کند، که می تواند قبل از تغییر شکل آشکار عنصر بالش به دست آید. سیگنال الکتریکی که به خروجی برخورد می کند، اثر بالشتک، استحکام ضربه را کاهش می دهد و عمر مفید سنسور را طولانی می کند. هنگامی که سیستم از کنترل خارج می شود، بسته به مسدود بودن یا نبودن موتور، می توان اندازه گیری زیر را برای جلوگیری از وقوع فرار انجام داد. (1) انسداد سخت: هنگامی که سیستم محرک موتور اجازه مسدود شدن دارد، با استفاده از محدودیت مکانیکی سفت و سخت برای محدود کردن ادامه حرکت پس از ضربه زدن به سرامیک های پیزوالکتریک. (2) عبور انعطاف پذیر: در صورت عدم اجازه انسداد، از فنر/لرزش استفاده کنید مکانیزمی مانند میله با چکش بارگذاری می شود. هنگامی که از کنترل خارج می شود، مکانیسم می تواند در سراسر سنسور حرکت کند، پلت فرم به حرکت رو به جلو ادامه می دهد، و یک سوئیچ اضطراری برای قطع منبع برق مربوطه یا سایر اندازه گیری ها برای پایان دادن به عملکرد غیرعادی اضافه می شود.