طراحی دستگاه تست پارامتر d33 سرامیک پیزو

این طرح از یک میکرو کامپیوتر تک تراشه به عنوان مدار کنترل و محاسبه پارامتر استفاده می کند. ژنراتور سیگنال یک سیگنال جارو فرکانس تحریک آنالوگ پیوسته را به سرامیک پیزوالکتریک اعمال می کند که دامنه ولتاژ و جریان سیگنال آنالوگ را تشخیص می دهد، آن را به سیگنال دیجیتال تبدیل می کند و به میکروکنترلر می فرستد. ولتاژ اندازه گیری سیستم جریان، پارامترهای فرکانس تشدید فرکانس و فرکانس ضد تشدید برای به دست آوردن برنامه عملکرد سیستم، از جمله اکتساب داده های خارجی، اکتساب سیگنال تحریک، محاسبه فرکانس تشدید و ضد تشدید، محاسبه پارامتر d33، پردازش وضعیت خطا و آلارم مدار، و غیره. فرکانس سیگنال تحریک از 35 تا 45 کیلوهرتز است. رزونانس fr و ضد رزونانس فرکانس فا از مبدل سیلندر پیزوسرامیک از طریق برنامه جاروب فرکانس به دست می آید. از رابطه بین مقاومت R، اندوکتانس L، ظرفیت C و ولتاژ و جریان می توان برای بدست آوردن d33 سرامیک پیزوالکتریک طبق فرمول استفاده کرد.

نمودار ساختاری بخش تنظیم فشار. سخت افزار سیستم شامل تشخیص و تنظیم فشار تک تراشه، خروجی سیگنال جارو فرکانس و محاسبه فرکانس تشدید است. بخش تنظیم فشار با سیگنال فشار با مقدار تنظیم شده برای تعیین وضعیت عملکرد رو به جلو و معکوس موتور مقایسه می شود.

فرآیند کار به شرح زیر است: تشخیص فشار واحد کامپیوتری تک تراشه و خروجی سیگنال رفت و برگشت فرکانس تنظیم و محاسبه تشخیص فرکانس تشدید، تا محاسبه d33 به دست آید. به منظور بهبود دقت اندازه گیری، فرکانس خروجی 35 ~ 45 کیلوهرتز توسط ژنراتور سیگنال برای اندازه گیری، تبدیل و ضبط داده ها را انتخاب کرده و در نهایت d33 را محاسبه کنید. سه مجهول R، L، و C در معادله را می توان به دست آورد (عمدتاً پارامترهای C) مقدار ویژه d33 برای بدست آوردن ثابت کرنش پیزوالکتریک d33 محاسبه می شود.

مدار تست از روش خط انتقال استفاده می کند. از آنجا که ظرفیت از سرامیک پیزوالکتریک موجودی خود کوچک است، نسبت ظرفیت توزیع شده به خازن آزاد Cr فیکسچر و سیستم تست نباید بیشتر از 1/10 باشد، در غیر این صورت، نتایج آزمایش باید اصلاح شود. این روش به d33 نیاز دارد تا ابعاد هندسی نمونه را به شرح زیر آزمایش کند: نسبت طول L به عرض W ورق سرامیکی صفحه‌شکل، یعنی L / W> 5، به منظور اطمینان از یک طول طولی واحد ورق پیزو سرامیک صفحه‌شکل در حالت کشش ارتعاشات دیگر و جلوگیری از ارتعاشات دیگر آزمون. در غیر این صورت، قله های انگلی در منحنی تشدید ظاهر می شوند و تعیین فرکانس رزونانس را دشوار می کنند. چگالی ظاهری مواد نمونه شناخته شده ρ (کیلوگرم بر متر مکعب)، خازن آزاد CT (F) (شامل مقادیر کل ظرفیت خازنی استاتیکی و دینامیکی صفحه پیزو سرامیکی صفحه‌مانند اندازه‌گیری شده در فرکانس پایین C،، C، و C، که C. + C1.)، طول L (میلی متر)، ضخامت مجدد نمونه (mm)، ضخامت مجدد (میلی‌متر)، سطح نمونه الکترود پیزو fs (Hz) نمونه با افزودن یک سیگنال تحریک فراگیر و فرکانس تشدید موازی fp (Hz) به منظور محاسبه مقدار d33 شناسایی می‌شود. در محاسبه d33 باید زمان و فرکانس دقیق باشد. به دلیل اندازه گیری دقیق fs و fp. دشوار است، بنابراین برای اندازه گیری حداکثر فرکانس تشدید و فرکانس ضد رزونانس می توانید به روش انتقال شبکه V شکل مراجعه کنید. در اینجا، fs و fp را می توان با fr و fa جایگزین کرد.

آزمایش آزمایش و تجزیه و تحلیل

دو گروه سرامیک پیزوالکتریک L * W * d با 5 H هر کدام از 20 میلی متر x 5 میلی متر x 1 میلی متر و 60 میلی متر x 5 میلی متر x 1 میلی متر سرامیک های پیزوالکتریک مورد آزمایش با فشار معین 0.5 نیوتن برای آزمایش اعمال شدند. فرکانس آزمایش (35 ~ 45 کیلوهرتز) سیگنال اعمال شده در فرآیند تشخیص برای فرکانس سیگنال در هر ثانیه تنظیم می شود که (40 ± 0.5 × n) کیلوهرتز است. میکروکامپیوتر تک تراشه ای مقادیر جریان و ولتاژ سیگنال های تحریک فرکانس های مختلف را نمونه برداری کرده و به دست می آورد و R، L، C و d33 را شناسایی و محاسبه می کند.

محاسبه آزمون پارامتر d33 نمونه مورد آزمایش با آزمون با استفاده از ابزار اندازه گیری پارامتر استاندارد d33 مقایسه می شود. نتایج نشان می دهد که محدوده بین حداکثر و حداقل مقادیر نتایج آزمون در محدوده قابل قبولی پایدار است و خطا در مقایسه با مقدار بدست آمده توسط آزمایشگر استاندارد کمتر از 5 درصد است. پارامترهای (R, L, C) تراشه پیزوسرامیک به‌دست‌آمده از تشخیص واقعی مطابقت خوبی با پارامترهای اندازه‌گیری شده توسط ابزار اندازه‌گیری استاندارد دارند که به طور موثر کارایی تست را بهبود می‌بخشد و شرایطی را برای الگوریتم اندازه‌گیری آنلاین بعدی و طراحی دستگاه فراهم می‌کند.