تحقیق در مورد دستگاه پلاریزاسیون سرامیکی پیزوالکتریک برای موتور اولتراسونیک

1 پلاریزاسیون پیشنهادی
موتور اولتراسونیک نوع موج سیار برای به دست آوردن گشتاور دورانی توسط اصطکاک بین روتور به موج در حال حرکت در بدنه الاستیک متکی است. با توجه به اصل کار موتور اولتراسونیک نوع موج سفر، روش مرسوم اتخاذ شده برای ویبراتور پیزوالکتریک این است که ابتدا با توجه به حالت ارتعاش، چند پارتیشن و چند بار پلاریزاسیون تقسیم بندی شود. این مطالعه نشان داد که این پلاریزاسیون ویبره های پیزوالکتریک دارای اشکالات عمده ای است. به دلیل پلاریزاسیون های متعدد، اثرات پلاریزاسیون پارتیشن ها پس از پلاریزاسیون متفاوت است، بنابراین دامنه امواج خمشی برانگیخته شده توسط دو مجموعه ویبراتور پیزوالکتریک نمی تواند متعادل شود. در این زمان، ضریب اصطکاک بین روتور و استاتور کمتر است و در نتیجه راندمان خروجی موتور را تحت تأثیر قرار می دهد. به منظور حل مسائل فوق و بهبود یکنواختی پلاریزاسیون، این مقاله یک حالت قطبی همسانگرد همزمان را پیشنهاد می‌کند. ابتدا سرامیک پیزوالکتریک ابتدا پارتیشن بندی می شود و سپس قطب مثبت ولتاژ خروجی مدار مولد ولتاژ بالا از طریق دستگاه توزیع میدان الکتریکی به پارتیشن پلاریزاسیون مثبت سرامیک پیزوالکتریک متصل می شود. قطب منفی ولتاژ خروجی به معکوس سرامیک پیزوالکتریک متصل می شود. پس از روشن شدن دستگاه پلاریزه، سرامیک های پیزوالکتریک به طور همزمان در همان جهت پلاریزه می شوند.

2 ساختار کلی
علاوه بر قطبش حرارتی معمول استفاده می شود فرآیند پلاریزاسیون میله کوارتز کریستال سرامیکی پیزو دارای قطبش با دمای بالا و ولتاژ پایین، فرآیند پلاریزاسیون رزونانسی و موارد مشابه است. فرآیندهای پلاریزاسیون مختلف، الزامات طراحی متفاوتی برای دستگاه های پلاریزه دارند. با فرض برآوردن الزامات پلاریزاسیون، به منظور ساده و قابل اعتماد ساختن دستگاه پلاریزاسیون طراحی شده، عملیات ساده است، فرآیند پلاریزاسیون حرارتی را انتخاب می کنند، یعنی سرامیک پیزوالکتریکی که باید پلاریزه شود در روغن سیلیکون قرار می گیرد و تا دمای 100 درجه سانتیگراد تا 150 درجه سانتیگراد گرم می شود و سپس جریان الکتریسیته به اندازه ای که در سرتاسر دامنه سرمی اعمال می شود، اعمال می شود. ممکن است در جهت میدان الکتریکی خارجی باشد و پس از مدتی خارج شود. مکانیسم پلاریزاسیون به سادگی تحت عمل یک میدان الکتریکی قوی DC است، مناطق قطبی سازی با جهت گیری اصلی (حوزه های الکتریکی) به ترتیب در امتداد جهت میدان الکتریکی مرتب شده اند. پس از حذف میدان الکتریکی، دامنه های موجود در بدنه سرامیکی همچنان جهت خاصی را در امتداد میدان الکتریکی حفظ می کنند. بنابراین، پلی کریستال همسانگرد (هیچ انحرافی از مرکز ثقل الکتریکی وجود ندارد و هیچ پیزوالکتریکی وجود ندارد) به یک پلی کریستال ناهمسانگرد تبدیل می شود، به طوری که بدنه سرامیکی پیزو دارای خواص پیزوالکتریک است. با توجه به الزامات فرآیند قطبش حرارتی، دستگاه پلاریزاسیون باید دمای قطبش ثابت، میدان الکتریکی پلاریزاسیون مناسب و توزیع میدان الکتریکی مطلوب را فراهم کند. با توجه به الزامات طراحی، دستگاه پلاریزاسیون سرامیکی پیزوالکتریک باید عمدتاً از سه قسمت زیر تشکیل شود:
1 مدار گرمایش. عمدتا توسط بخاری، کنترل کننده دما. از یک شیار پلاریزه تشکیل شده است.
مدار مولد ولتاژ بالا قطبش 2.
3 دستگاه توزیع میدان الکتریکی.

3 کنترل کننده دما
این سیستم بر اساس میکروکنترلر به عنوان هسته برای مدیریت و هماهنگی کل کنترلر است. از سنسور دما به عنوان جزء اندازه گیری دما، مدار V/F به عنوان تبدیل A/D، توانایی ضد تداخل قوی استفاده می کند. در کنترل کننده دما، عملکردهایی مانند تنظیم و اجرای پارامترهای دما و کنترل را می توان توسط صفحه کلید و مدار نمایشگر انجام داد. برنامه کنترلر الگوریتم را اتخاذ می کند. اصل کنترل این است که ابتدا مقدار انحراف دمای قطبش اندازه گیری و دمای تنظیم شده را پیدا کنید و سپس مقدار انحراف را برای به دست آوردن یک سیگنال کنترلی برای تنظیم نسبت وظیفه سیگنال خروجی پردازش کنید، بنابراین از تنظیم نسبت زمان گرمایش در یک دوره معین برای کنترل دمای حمام پلاریزاسیون استفاده می شود. فرآیند کار سیستم به شرح زیر است: سیگنال دما توسط یک سنسور دمای یکپارچه به سیگنال ولتاژ تبدیل می شود و سیگنال ولتاژ تقویت و فیلتر می شود تا تبدیل ولتاژ به فرکانس انجام شود و یک قطار پالس سازگار با مدار منطقی بدست می آید و فرکانس پالس و دما دقیقاً متناسب هستند. پس از جداسازی پالس توسط اپتوکوپلر، به میکروکامپیوتر تک تراشه ای وارد می شود. پس از پردازش برنامه، مقدار دمای فعلی را می توان به دست آورد. دما با مقدار تنظیم شده دما مقایسه می شود تا انحراف دما به دست آید. کمیت کنترل توسط الگوریتم محاسبه و کنترل می شود. زمان روشن و خاموش ولتاژ اعمال شده به بخاری برای رسیدن به هدف کنترل دما.

4 قطبش مدار تولید ولتاژ بالا
عملکرد ولتاژ بالا قطبش مدار تولید مبدل دیسک پیزوالکتریک برای ایجاد شرایط میدان الکتریکی مناسب برای پلاریزاسیون است که بخش کلیدی دستگاه پلاریزاسیون سرامیکی پیزوالکتریک است. در مدار مولد ولتاژ بالا پلاریزاسیون، ترانسفورماتور تنظیم کننده ولتاژ ضربه ای مرکزی و ترانسفورماتور افزایش دهنده برای تقویت توان تجاری، خروجی ولتاژ بالا AC و سپس یکسوسازی از طریق مدار یکسو کننده پل برای به دست آوردن ولتاژ بالا DC مورد نیاز برای پلاریزاسیون استفاده می شود. در طول عملیات پلاریزاسیون، ترانسفورماتور تنظیم کننده ولتاژ به آرامی تنظیم می شود تا ولتاژ DC خروجی را به آرامی افزایش دهد و یک میدان الکتریکی DC مناسب برای پلاریزاسیون فراهم کند. در آزمایش پلاریزاسیون، مشخص شد که وقتی ولتاژ خروجی به مقدار معینی تنظیم می شود، ولتاژ خروجی به آرامی با پیشرفت فرآیند پلاریزاسیون کاهش می یابد. به منظور پایدار نگه داشتن فرآیند پلاریزاسیون، با تنظیم ترانسفورماتور تنظیم کننده ولتاژ به آن نیاز داریم، ولتاژ ورودی به طور مداوم افزایش می یابد تا ولتاژ خروجی تثبیت شود.

5 نتیجه‌گیری
تحقیق نشان می‌دهد که ثابت پیزوالکتریک d33 هر ناحیه از سرامیک‌های پیزوالکتریک که به طور همزمان در یک جهت پلاریزه شده‌اند، سازگارتر و یکنواخت‌تر است که برای بهبود بازده خروجی موتور اولتراسونیک مفید است. به منظور بهبود پیزوالکتریک سرامیک های پیزوالکتریک و بهبود عملکرد موتور اولتراسونیک، نویسنده تحقیقات اساسی در مورد دستگاه پلاریزه دستگاه پیزوالکتریک انجام داده و به نتایج خاصی دست یافته است، اما بهبود بیشتر عملکرد سرامیک پیزوالکتریک به جنبه های زیر نیز بستگی دارد:

1 مطالعه بیشتر مواد سرامیکی پیزوالکتریک، بهبود فرآیند آماده سازی و خواص مواد.
2 روش های پلاریزاسیون جدید را مطالعه کنید و سعی کنید عملکرد مواد را به حداکثر برسانید.
3 مدار تولید ولتاژ بالا پلاریزاسیون را برای بهبود کیفیت توان و محدوده تغذیه بهبود دهید.
از طریق آزمایش‌ها، شرایط پلاریزاسیون بهینه برای سرامیک‌های پیزوالکتریک مختلف جستجو شد.