Taighde ar Íogaireacht Comhpháirteanna Trasduchtóirí Ceirmeacha piezoelectric

Mar gheall ar an éifeacht piezoelectric, is féidir le criadóireacht piezoelectric neamh-leictreachas a thiontú go leictreachas go díreach, agus is féidir a tairiseach piezoelectric a fheabhsú go mór trí chomhdhéanamh an chomhdhéanamh a choigeartú  nó an teaglaim de bhileoga piezoceramic a athrú, agus mar sin feabhas a chur ar a íogaireacht go héifeachtach . Tugtar isteach go hachomair bunphrionsabal agus comhdhéanamh an braiteora piezoelectric. Pléitear go mion na fachtóirí a mbíonn tionchar acu ar íogaireacht an braiteora piezoelectric ó statach agus dinimiciúil. Ar an mbonn seo, faightear modh éifeachtach chun an íogaireacht a fheabhsú.

Is gléas é an braiteoir le feidhm braite a úsáidtear go forleathan i réimsí an tionscail, na talmhaíochta, na cosanta náisiúnta agus na míochaine. Tugtar 'Electric Five' air, a aimsíonn cainníochtaí éagsúla neamhleictreacha trí fheidhmeanna gnéithe aghaidhe an duine a insamhladh . Tá trasduchtóir diosca cruinn piezo le héifeacht piezoelectric ar cheann de na hábhair PZT chun braiteoirí a dhéanamh. I measc na mbraiteoirí piezoelectric a bhfuil cur amach orthu tá méadair luasghéaraithe piezoelectric, gíreascóip piezoelectric, tomhasairí brú piezoelectric, agus galbhánaiméadair. Le dul chun cinn na teicneolaíochta, rugadh go leor braiteoirí nua, agus feabhsaíodh feidhmíocht na braiteoirí atá ann cheana féin freisin. Is táscaire tábhachtach den braiteoir í íogaireacht. Pléann na fachtóirí seo a leanas na fachtóirí a mbíonn tionchar acu ar íogaireacht braiteora ó  ghnéithe statacha agus dinimiciúla araon. Is éard

bunphrionsabail  is agus  comhshuíomh na n  p iezleictreacha  ceramiceacha - ionsaitheoirí  sgléasanna a úsáideann éifeachtaí piezoelectric de leatháin ceirmeacha piezoelectric chun strus (nó brú) a thiontú go voltas (nó lucht) agus ansin iad a aimpliú agus a aschur trí aimplitheoir. Is iad bileoga ceirmeacha piezoelectric na príomhchodanna. Ó thaobh comhshó comhartha, tá bileoga ceirmeacha piezoelectric comhionann le gineadóir muirear. Tá

an braiteoir piez oceramic comhdhéanta de chóras meicniúil a tharchuireann fórsa seachtrach chuig an mbileog ceirmeach piezoelectric, bileog ceirmeach leictreach piezo, agus ciorcad tomhais a aistríonn muirear leictreach chuig an méadar. Is cuid lúibíní é an córas meicniúil chun an leathán ceirmeach piezoelectric a shuiteáil agus a shocrú. Tá an córas i dteagmháil dhíreach leis an domhan lasmuigh, agus nuair a bhíonn sé faoi réir fórsa seachtrach, dífhoirmítear an lúibín agus an leathán ceirmeach piezoelectric le chéile. Gineann an leathán ceirmeach piezoelectric aschur muirir trí dhífhoirmiú. Déanann an líne tomhais an lucht a mhéadú agus a thiontú ina aschur voltais.

2 Tosca a dhéanann difear d'íogaireacht an bhraiteora piezoelectric

An íogaireacht a Is é trasducer diosca piezoelectric  an cóimheas idir incrimint bheag aschuir agus incrimint bheag den ionchur comhfhreagrach. Dá mhéad an cóimheas, is airde an íogaireacht. Baineann íogaireacht an braiteora piezoelectric le híogaireacht na dtrí chuid a dhéanann é. Ós rud é go bhfuil na trí chuid ceangailte i sraith, déantar íogaireacht an braiteora piezoelectric a iolrú faoi íogaireacht na dtrí chuid. Déantar an anailís seo a leanas ó statach agus dinimiciúil faoi seach. 

2.1 Anailís statach
Tagraíonn anailís statach don anailís ar an ngaol idir ionchur agus aschur an braiteora faoi choinníollacha seasta. Níl san athróg aschuir ach feidhm den athróg ionchuir, .i. y=f(x), agus tá a íogaireacht dy.

(1) Ós rud é go bhfuil gaol líneach simplí idir S agus F, Q agus S, agus U agus Q faoi choinníollacha statacha, is féidir é a athrú go U0=CijdijA, nuair is é Cij comhéifeacht comhlíonta leaisteach coibhéiseach an chórais mheicniúil; Is é Dij an tairiseach piezoelectric coibhéiseach den cheirmeach piezoelectric; Is é A fachtóir aimplithe na líne tomhais; Léiríonn an subscript ij treo an fhórsa agus treo an dífhoirmithe, faoi seach. D'fhonn íogaireacht an braiteora piezoelectric a mhéadú, tá sé éifeachtach luach fachtóirí amháin nó níos mó a mhéadú. Ina measc, is mó an cumas chun luach tairiseach piezoelectric an leatháin ceirmeacha piezoelectric a mhéadú, agus is féidir an tairiseach piezoelectric a mhéadú trí fhoirmiú na criadóireachta piezoelectric a choigeartú, agus is féidir an piezoelectricity a fheabhsú trí chomhcheangal sraith-chomhthreomhar na leatháin ceirmeacha piezoelectric. Déanann tairisigh, cosúil le nasc comhthreomhar leatháin ceirmeacha piezoelectric, an íogaireacht muirir a dhúbailt. Ina theannta sin, is féidir le roghnú cuí coinníollacha leictreacha na leatháin ceirmeacha piezoelectric luach an tairiseach piezoelectric a mhéadú freisin, mar go bhfuil an ceirmeach piezoelectric sa stát gearrchiorcaid teorann leictreach níos mó ná an tairiseach piezoelectric coibhéiseach den stát oscailte. Maidir le criadóireacht piezoelectric, tá an modh creathadh difriúil, tá an tairiseach piezoelectric difriúil freisin, agus tá an tairiseach piezoelectric tangential (d15) níos mó ná an tairiseach piezoelectric tiús (d33) agus an tairiseach piezoelectric gathacha (d31). Sonraí tairiseach piezoelectric na criadóireachta piezoelectric PZT4. Baineann íogaireacht an braiteora leictreach le híogaireacht na dtrí chomhpháirt a dhéanann é. Ós rud é go bhfuil na trí chomhpháirt ceangailte i sraith, déantar íogaireacht an braiteora piezoelectric a iolrú faoi íogaireacht na dtrí chomhpháirt. Déantar an anailís seo a leanas ó statach agus dinimiciúil faoi seach.

2.1 Anailís statach
Tagraíonn anailís statach don anailís ar an ngaol idir ionchur agus aschur an braiteora faoi choinníollacha seasta. Níl san athróg aschuir ach feidhm den athróg ionchuir, .i. y=f(x), agus tá a íogaireacht dy. Is í íogaireacht an bhraiteora ná toisc go bhfuil gaol líneach simplí idir S agus F, Q agus S, agus U agus Q faoi choinníollacha statacha, agus is féidir cothromóid (1) a athrú go U0=CijdijA(2) áit arb é Cij an mheicnic Comhéifeacht comhlíonta leaisteach coibhéiseach an chórais; Is é dij an tairiseach piezoelectric coibhéiseach den trasduchtóir ceirmeach dioscaí peizoelectric

; Is é A fachtóir aimplithe na líne tomhais; Léiríonn an subscript ij treo an fhórsa agus treo an dífhoirmithe, faoi seach. D'fhonn íogaireacht an braiteora piezoelectric a mhéadú, tá sé éifeachtach luach fachtóirí amháin nó níos mó a mhéadú. Ina measc, is mó an cumas chun luach tairiseach piezoelectric an leatháin ceirmeacha piezoelectric a mhéadú, agus is féidir an tairiseach piezoelectric a mhéadú trí fhoirmiú na criadóireachta piezoelectric a choigeartú, agus is féidir an piezoelectricity a fheabhsú trí chomhcheangal sraith-comhthreomhar na leatháin ceirmeacha piezoelectric. Déanann tairisigh, cosúil le nasc comhthreomhar leatháin ceirmeacha piezoelectric, an íogaireacht muirir a dhúbailt. Ina theannta sin, is féidir le roghnú cuí coinníollacha leictreacha na leatháin ceirmeacha piezoelectric luach an tairiseach piezoelectric a mhéadú freisin, mar go bhfuil an ceirmeach piezoelectric sa stát gearrchiorcaid teorann leictreach níos mó ná an tairiseach piezoelectric coibhéiseach den stát oscailte. Maidir le criadóireacht piezoelectric, tá an modh creathadh difriúil, tá an tairiseach piezoelectric difriúil freisin, agus tá an tairiseach piezoelectric tangential (d15) níos mó ná an tairiseach piezoelectric tiús (d33) agus an tairiseach piezoelectric gathacha (d31). Taispeánann sé na sonraí piezoelectric tairiseach comhartha leanúnach de criadóireacht piezoelectric PZT-4, a d'fhéadfadh a bheith freisin comharthaí Pulse, nó ionchur tréimhsiúil. Ag an bpointe seo, níl tréithe aschuir an braiteora i riocht seasta a thuilleadh, ach tarlaíonn tréith aistrithe neamhbhuan, is é sin, beidh an gaol idir an t-aschur agus an t-ionchur mar fheidhm ama. De ghnáth déantar anailís ar shaintréithe dinimiciúla an bhraiteora ag baint úsáide as tréithe minicíochta aimplitiúid. Ar an gcéad dul síos, pléitear saintréithe minicíochta aimplitiúid chóras meicniúil an bhraiteora piezoelectric. Déantar an córas meicniúil a aicmiú go ginearálta i gcóras dara-ordú aonchéime saoirse. Ríomhtar an gaol aimplitiúid-minicíocht mar X0=sqrt(K/m) mar mhinicíocht nádúrtha an chórais. Nuair is é K comhéifeacht stiffness an chórais, is é m mais an chórais; Is é N an chomhéifeacht taiseála coibhneasta. Is féidir a fhios ón gcothromóid go bhfuil luach áirithe N, X/X0 san eatramh [0, 2/(1+4N2, ûH(jX)û tairiseach, agus tá an méid comhionann le 1/X20, arb é uasteorainn uasmhinicíochta an chórais é 2X0/(1+4N2) Is é 2X0/(1+4N2) é. Mar shampla, go bhfuil a saintréithe minicíochta aimplitiúid seasmhach thar raon minicíochta sách leathan, agus deff comhionann sa tairiseach piezoelectric Ar deireadh, pléitear tréithe minicíochta aimplitiúid an líne tomhais, Mar shampla, is é Ri friotaíocht ionchuir an aimplitheora; mór, is é an tréith aimplitiúid-minicíocht na líne tomhais cothrom a ríomh ar an gcaidreamh aimplitiúid-minicíocht seo a leanas, is é sin, Xm1/RfCf Go hachomair, nuair a bhíonn an minicíocht athrú ar an fórsa seachtrach laistigh den raon.

Tá íogaireacht an bhraiteora ceirmeach piezoelectric ar eolas ón bplé thuas. Faoi choinníollacha dinimiciúla, nuair a bhíonn minicíocht an fhórsa seachtrach laistigh den raon, cuirtear íogaireacht an bhraiteora ceirmeach piezoelectric in iúl mar dhinimiciúil, agus feabhsaítear an leathán ceirmeach piezoelectric trí mhinicíocht nádúrtha an chórais mheicniúil a ísliú. Is féidir leis an tairiseach piezoelectric agus an modh chun toilleas aiseolais na líne tomhais a laghdú íogaireacht an bhraiteora piezoelectric a fheabhsú.

a. De réir anailíse statach, chun íogaireacht an braiteora piezoelectric a fheabhsú, is féidir íogaireacht gach comhpháirte a fheabhsú, is é sin, comhéifeacht comhlíonta leaisteacha an chórais mheicniúil, tairiseach piezoelectric coibhéiseach an phíosa ceirmeach piezoelectric, agus an fachtóir aimplithe den líne tomhais a fheabhsú. Ina measc, is é an cumas atá ann tairiseach piezoelectric an leatháin ceirmeacha piezoelectric a mhéadú is mó.
b. De réir na hanailíse dinimiciúil, ba cheart íogaireacht an braiteora piezoelectric a mheas i gcomhcheangal le minicíocht athraithe an fhórsa seachtrach. Sa raon comhréidh de shaintréithe aimplitiúid-minicíocht, is féidir íogaireacht an braiteora piezoelectric a fheabhsú trí mhais an chórais mheicniúil a mhéadú, tairiseach piezoelectric an leatháin ceirmeacha piezoelectric a mhéadú, agus comhéifeacht stiffness an chórais mheicniúil a laghdú agus toilleas aiseolais na líne tomhais.
c. In éineacht le hanailís statach agus anailís dhinimiciúil, tá a fhios gur féidir le méadú tairiseach piezoelectric an bhileog ceirmeach piezoelectric feabhas a chur go héifeachtach ar íogaireacht an braiteora piezoelectric, agus tá sé ar cheann de na modhanna is praiticiúla freisin. Tá sé seo toisc go bhfuil sé níos éasca tairiseach piezoelectric an leatháin criadóireachta piezoelectric a mhéadú trí chomhdhéanamh ceimiceach na ceirmeach piezoelectric a choigeartú. Thairis sin, is féidir leis an mbileog ceirmeach piezoelectric tairiseach piezoelectric éifeachtach an bhileog ceirmeach piezoelectric a mhéadú trí mhodh creathadh oiriúnach agus teaglaim sraith-chomhthreomhar a roghnú.