Pietsosähköisten keraamisten muuntimen komponenttien herkkyystutkimus

Pietsosähköisen vaikutuksen ansiosta pietsosähköinen keramiikka voi muuntaa ei-sähköä suoraan sähköksi, ja sen pietsosähköistä vakiota voidaan parantaa huomattavasti säätämällä koostumuksen koostumusta  tai muuttamalla pietsosähköisten levyjen yhdistelmää, mikä parantaa tehokkaasti sen herkkyyttä. Siksi anturi pi ezoelektrinen keramiikka saa enemmän huomiota ja herkempiä elementtejä. Pietsosähköisen anturin perusperiaate ja koostumus esitellään lyhyesti. Pietsosähköisen anturin herkkyyteen vaikuttavia tekijöitä käsitellään yksityiskohtaisesti staattisesta ja dynaamisesta. Tällä perusteella saadaan tehokas menetelmä herkkyyden parantamiseksi.

Anturi on tunnistustoiminnolla varustettu laite, jota käytetään laajasti teollisuuden, maatalouden, maanpuolustuksen ja lääketieteen aloilla. Sitä kutsutaan nimellä 'Electric Five', joka havaitsee erilaisia ​​ei-sähköisiä suureita simuloimalla ihmisen kasvonpiirteiden toimintoja . Pietsosähköisellä efektillä varustettu pyöreä pietsosähköinen levymuunnin on yksi PZT-materiaaleista anturien valmistukseen. Pietsosähköisiä antureita, jotka ovat tuttuja, ovat pietsosähköiset kiihtyvyysmittarit, pietsosähköiset gyroskoopit, pietsosähköiset painemittarit ja galvanometrit. Tekniikan kehittymisen myötä on syntynyt monia uusia antureita, ja myös olemassa olevien antureiden suorituskykyä on parannettu. Herkkyys on tärkeä anturin indikaattori. Seuraavat tekijät käsittelevät anturin herkkyyteen vaikuttavia tekijöitä  sekä staattisista että dynaamisista näkökohdista.

ovat  käyttävät laitteita  , antureiden perusperiaatteet ja kokoonpano  P ietsosähköisten  keraamisten jotka  spietsosähköisten keraamisten levyjen pietsosähköisiä vaikutuksia jännityksen (tai venymän) muuntamiseen jännitteeksi (tai varaukseksi) ja sitten vahvistavat ja antavat ne vahvistimen kautta. Pietsosähköiset keraamiset levyt ovat avainkomponentteja. Signaalin muuntamisen näkökulmasta pietsosähköiset keraamiset levyt vastaavat varausgeneraattoria.

Pietsokeraaminen anturi koostuu mekaanisesta järjestelmästä, joka välittää ulkoisen voiman pietsosähköiseen keraamiseen levyyn, pietsosähköisestä keraamisesta levystä ja mittauspiiristä, joka siirtää sähkövarauksen mittariin. Mekaaninen järjestelmä on kiinnikeosa pietsosähköisen keraamisen levyn asentamista ja kiinnitystä varten. Järjestelmä on suorassa kosketuksessa ulkomaailmaan, ja ulkoisen voiman vaikutuksesta kannatin ja pietsosähköinen keraaminen levy deformoituvat yhdessä. Pietsosähköinen keraaminen levy tuottaa varauksen muodonmuutoksen seurauksena. Mittauslinja vahvistaa varausta ja muuntaa sen jännitelähdöksi.

2 Pietsosähköisen anturin herkkyyteen vaikuttavat tekijät

Herkkyys a pietsosähköinen levymuunnin  on pienen tehon lisäyksen ja vastaavan tulon pienen lisäyksen suhde. Mitä suurempi suhde, sitä suurempi herkkyys. Pietsosähköisen anturin herkkyys liittyy kolmen sen muodostavan osan herkkyyteen. Koska kolme osaa on kytketty sarjaan, pietsosähköisen anturin herkkyys kerrotaan kolmen osan herkkyydellä. Seuraava analyysi suoritetaan vastaavasti staattisesta ja dynaamisesta. 

2.1 Staattinen analyysi
Staattisella analyysillä tarkoitetaan anturin tulon ja lähdön välisen suhteen analysointia vakaan tilan olosuhteissa. Lähtömuuttuja on vain tulomuuttujan funktio, eli y=f(x), ja sen herkkyys on dy.

(1) Koska S:n ja F:n, Q:n ja S:n sekä U:n ja Q:n välillä on yksinkertainen lineaarinen suhde staattisissa olosuhteissa, se voidaan muuttaa muotoon U0=CijdijA, missä Cij on mekaanisen järjestelmän ekvivalentti elastinen mukautumiskerroin; Dij on pietsosähköisen keraamisen ekvivalentti pietsosähköinen vakio; A on mittauslinjan vahvistuskerroin; alaindeksi ij edustaa voiman suuntaa ja muodonmuutoksen suuntaa, vastaavasti. Pietsosähköisen anturin herkkyyden lisäämiseksi on tehokasta lisätä yhden tai useamman tekijän arvoa. Niiden joukossa mahdollisuudet nostaa pietsosähköisen keraamisen levyn pietsosähköistä vakioarvoa on suurin, ja pietsosähköistä vakiota voidaan kasvattaa säätämällä pietsosähköisen keraamisten levyjen koostumusta, ja pietsosähköisyyttä voidaan parantaa pietsosähköisten keraamisten levyjen sarja-rinnakkaisyhdistelmällä. Vakiot, kuten pietsosähköisten keraamisten levyjen rinnakkaiskytkentä, kaksinkertaistavat varausherkkyyden. Lisäksi pietsosähköisen keraamisen levyn sähköisten olosuhteiden oikea valinta voi myös lisätä pietsosähköisen vakion arvoa, kuten pietsosähköinen keramiikka sähköisessä rajaoikosulkutilassa on suurempi kuin avoimen tilan ekvivalentti pietsosähköinen vakio. Pietsosähköisen keramiikan värähtelytila ​​on erilainen, pietsosähköinen vakio on myös erilainen ja tangentiaalinen pietsosähköinen vakio (d15) on suurempi kuin paksuuden pietsosähköinen vakio (d33) ja radiaalinen pietsosähköinen vakio (d31). PZT4-pietsosähköisen keramiikan pietsosähköisen vakion tiedot. Sähköisen anturin herkkyys liittyy kolmen sen muodostavan komponentin herkkyyteen. Koska kolme komponenttia on kytketty sarjaan, pietsosähköisen anturin herkkyys kerrotaan kolmen komponentin herkkyydellä. Seuraava analyysi suoritetaan vastaavasti staattisesta ja dynaamisesta.

2.1 Staattinen analyysi
Staattisella analyysillä tarkoitetaan anturin tulon ja lähdön välisen suhteen analysointia vakaan tilan olosuhteissa. Lähtömuuttuja on vain tulomuuttujan funktio, eli y=f(x), ja sen herkkyys on dy. Anturin herkkyys johtuu siitä, että koska S:n ja F:n, Q:n ja S:n sekä U:n ja Q:n välillä on yksinkertainen lineaarinen suhde staattisissa olosuhteissa, yhtälö (1) voidaan muuttaa muotoon U0=CijdijA(2), jossa Cij on mekaniikka Järjestelmän vastaava elastinen vaatimustenmukaisuuskerroin; dij on vastaava pietsosähköinen vakio peizoelektriset levyt keraaminen muunnin

; A on mittauslinjan vahvistuskerroin; alaindeksi ij edustaa voiman suuntaa ja muodonmuutoksen suuntaa, vastaavasti. Pietsosähköisen anturin herkkyyden lisäämiseksi on tehokasta lisätä yhden tai useamman tekijän arvoa. Niistä mahdollisuudet nostaa pietsosähköisen keraamisen levyn pietsosähköistä vakioarvoa on suurin, ja pietsosähköistä vakiota voidaan kasvattaa säätämällä pietsosähköisen keraamisen arkin koostumusta, ja pietsosähköisyyttä voidaan parantaa pietsosähköisten keraamisten levyjen sarja-rinnakkaisyhdistelmällä. Vakiot, kuten pietsosähköisten keraamisten levyjen rinnakkaiskytkentä, kaksinkertaistavat varausherkkyyden. Lisäksi pietsosähköisen keraamisen levyn sähköisten olosuhteiden oikea valinta voi myös lisätä pietsosähköisen vakion arvoa, kuten pietsosähköinen keramiikka sähköisessä rajaoikosulkutilassa on suurempi kuin avoimen tilan ekvivalentti pietsosähköinen vakio. Pietsosähköisen keramiikan värähtelytila ​​on erilainen, pietsosähköinen vakio on myös erilainen ja tangentiaalinen pietsosähköinen vakio (d15) on suurempi kuin paksuuden pietsosähköinen vakio (d33) ja radiaalinen pietsosähköinen vakio (d31). Se näyttää PZT-4 pietsosähköisen keramiikan pietsosähköisen vakiodatan jatkuvan signaalin, joka voi olla myös pulssisignaalia tai jaksollista tuloa. Tässä vaiheessa anturin lähtöominaisuudet eivät enää ole vakaassa tilassa, vaan tapahtuu ohimenevä siirtymäominaisuus, eli lähdön ja sisääntulon välinen suhde on ajan funktio. Anturin dynaamiset ominaisuudet analysoidaan yleensä amplitudi-taajuusominaisuuksien avulla. Ensin käsitellään pietsosähköisen anturin mekaanisen järjestelmän amplitudi-taajuusominaisuuksia. Mekaaninen järjestelmä luokitellaan yleensä yhden vapausasteen toisen asteen järjestelmään. Amplitudi-taajuus-suhde lasketaan X0=sqrt(K/m) järjestelmän ominaistaajuudeksi. missä K on järjestelmän jäykkyyskerroin, m on järjestelmän massa; N on suhteellinen vaimennuskerroin. Yhtälöstä voidaan tietää, että tietylle N:n arvolle X/X0 on välillä [0, 2/(1+4N2, ûH(jX)û on vakio ja koko on 1/X20, joka on järjestelmän maksimitaajuuden yläraja. Se on 2X0/(1+4N2). Keskustelun perusteella voidaan arvioida, että sen amplitudi-taajuusominaisuudet ovat vakiot melko laajalla taajuusalueella, ja deff on sama kuin pietsosähköisessä vakiossa Vastaavasti takaisinkytkentäkapasitanssi Jos suurennus on riittävän suuri, mittauslinjan amplitudi-taajuus-ominaisuus on tasainen laskemalla seuraava amplitudi-taajuussuhde, eli Xm1/RfCf Yhteenvetona, kun ulkoisen voiman vaihtelutaajuus on alueella .

Pietsosähköisen keraamisen anturin herkkyys tunnetaan yllä olevasta keskustelusta. Dynaamisissa olosuhteissa, kun ulkoisen voiman taajuus on alueella, pietsosähköisen keraamisen anturin herkkyys ilmaistaan ​​dynaamisena, ja pietsosähköistä keraamista levyä parannetaan alentamalla mekaanisen järjestelmän ominaistaajuutta. Pietsosähköinen vakio ja menetelmä pienentää mittauslinjan takaisinkytkentäkapasitanssia voivat parantaa pietsosähköisen anturin herkkyyttä.

a. Staattisen analyysin mukaan pietsosähköisen anturin herkkyyden parantamiseksi voidaan parantaa kunkin komponentin herkkyyttä, eli mekaanisen järjestelmän elastista mukautumiskerrointa, pietsosähköisen keraamisen kappaleen ekvivalenttia pietsosähköistä vakiota ja mittauslinjan vahvistuskerrointa. Niistä mahdollisuudet nostaa pietsosähköisen keraamisen levyn pietsosähköistä vakiota on suurin.
b. Dynaamisen analyysin mukaan pietsosähköisen anturin herkkyys tulee ottaa huomioon yhdessä ulkoisen voiman muutostaajuuden kanssa. Amplitudi-taajuusominaisuuksien tasaisella alueella pietsosähköisen anturin herkkyyttä voidaan parantaa lisäämällä mekaanisen järjestelmän massaa, nostamalla pietsosähköisen keraamisen levyn pietsosähköistä vakiota ja vähentämällä mekaanisen järjestelmän jäykkyyskerrointa ja mittauslinjan takaisinkytkentäkapasitanssia.
c. Yhdessä staattisen analyysin ja dynaamisen analyysin kanssa tiedetään, että pietsosähköisen keraamisen levyn pietsosähköisen vakion lisääminen voi tehokkaasti parantaa pietsosähköisen anturin herkkyyttä, ja se on myös yksi käytännöllisimmistä menetelmistä. Tämä johtuu siitä, että pietsosähköisen keraamisen levyn pietsosähköistä vakiota on helpompi suurentaa säätämällä pietsosähköisen keramiikan kemiallista koostumusta. Lisäksi pietsosähköinen keraaminen levy voi lisätä pietsosähköisen keraamisen levyn tehollista pietsosähköistä vakiota valitsemalla sopiva värähtelymuoto ja sarja-rinnakkaisyhdistelmä.