ویژگی های میرایی کوپلینگ الکترومکانیکی بین کریستال سرامیک پیزو و مدار الکتریکی

سرامیک های پیزوالکتریک، به عنوان یک ماده سرامیکی کاربردی جدید، که به طور گسترده در بسیاری از زمینه های فنی، از جمله کاربرد در زمینه کنترل ارتعاش ساختاری استفاده شده است. به دلیل توانایی آن در تبدیل انرژی مکانیکی و انرژی الکتریکی، می توان آن را به عنوان یک حسگر اولتراسونیک یا محرک برای کنترل فعال ارتعاشات ساختاری در سیستم تعبیه کرد. هنگامی که مواد سرامیکی پیزوالکتریک و مدارهای خارجی یک مدار بسته را تشکیل می دهند، به دلیل کوپلینگ مکانیکی و الکتریکی، برخی از ویژگی های میرایی را نشان می دهد که می تواند برای کنترل غیرفعال سازه ها مورد استفاده قرار گیرد.    

در سال 1979، فوروارد برای اولین بار امکان استفاده از سرامیک های پیزوالکتریک را به موازات اجزای مدار برای کنترل ارتعاش و سپس هاگود و فون پیشنهاد کرد، در این مقاله، ویژگی های کوپلینگ مکانیکی و الکتریکی سرامیک های پیزوالکتریک و مدارهای خارجی به صورت تئوری مدل سازی شده و تاثیر آن ها لوله پیزوسرامیک PZT بر مدار مقاومت مدار در مدار ارتعاش p و اتصال آن ها به مدارهای پارازیت مدار و مدار پارازیت مدار می باشد. به ترتیب. نتایج تجربی با نتایج نظری مطابقت خوبی دارد، که به طور سیستماتیک امکان‌سنجی سرامیک‌های پیزوالکتریک و مدارهای خارجی را به صورت موازی برای کنترل ارتعاش ثابت می‌کند. از آن زمان، محققان بسیاری شروع به سرمایه گذاری در این زمینه کرده اند.                          
 
 به منظور اعمال بهتر خصوصیات میرایی از مبدل سطح اولتراسونیک به کنترل ارتعاش، بر اساس کار تحقیقاتی در این مقاله، یک مدل نظری از ویژگی‌های میرایی کوپلینگ موازی سرامیک‌های پیزوالکتریک با مدارهای اندوکتانس مقاومت و خازن مقاومت ایجاد شده است، و مدل نظری بر اساس سیستم کنسولی تأیید می‌شود، که مبنای نظری کنترل پیزوالکتریک را برای کاربرد میدان کنترل پیزوالکتریک فراهم می‌کند.   

ویژگی های میرایی سرامیک های پیزوالکتریک موازی 

مواد سرامیکی پیزوالکتریک دارای خاصیت تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی الکتریکی هستند. هنگامی که سرامیک های پیزوالکتریک در معرض نیروی خارجی قرار می گیرند، سطح بار الکتریکی تولید می کند. اگر سرامیک پیزوالکتریک در حالت مدار باشد، بار روی سطح سرامیک پیزوالکتریک جمع می شود. هنگامی که سرامیک های پیزوالکتریک یک مدار بسته با مدار خارجی تشکیل می دهند، بخشی از بار الکتریکی توسط امپدانس موجود در مدار به صورت انرژی گرمایی مصرف می شود، یعنی بخشی از انرژی مکانیکی به صورت انرژی گرمایی آزاد می شود. این مکانیزمی است که سرامیک های پیزوالکتریک و مدارهای خارجی به صورت موازی برای کنترل ارتعاش غیرفعال به هم متصل می شوند.      

 1.2 مدل نظری

      
 از نقطه نظر الکتریکی، سرامیک های پیزوالکتریک را می توان به عنوان یک مدل سری از یک منبع ولتاژ و یک خازن ساده کرد. این یک مدل الکتریکی معادل از سرامیک پیزو به موازات مدار خارجی است. امپدانس الکتریکی سیستم زمانی که مدار خارجی بسته یا باز است. امپدانس مکانیکی معادل سفتی مکانیکی مواد پیزوالکتریک است. بنابراین، ویژگی‌های میرایی سرامیک‌های پیزوالکتریک موازی، ضریب اتلاف انرژی ŋ و نسبت سختی e را می‌توان به ترتیب تعریف کرد. هنگامی که مدارهای خارجی به ترتیب مدار سلف مقاومتی مدار موازی و مدار سری خازن منفی مقاومت هستند، مدل ویژگی‌های میرایی مواد از سرامیک‌های پیزوالکتریک و سرامیک‌های پیزوالکتریک را می‌توان به دست آورد. ضریب کوپلینگ الکترومکانیکی سرامیک های پیزوالکتریک، فرکانس کاری و ضریب ارتعاش همگی مرتبط هستند. ویژگی های میرایی سرامیک های پیزوالکتریک موازی به عوامل زیادی مانند ویژگی های سرامیک های پیزوالکتریک، انواع مدارهای خارجی و پارامترهای مدار خاص مرتبط است. با تغییر این عوامل، سرامیک های پیزوالکتریک ویژگی های میرایی متفاوتی از خود نشان می دهند.     
                       
تحقیق شبیه سازی بر اساس سیستم تیرهای کنسولی