अल्ट्रासोनिक मोटर के लिए पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ध्रुवीकरण उपकरण पर अनुसंधान

1 प्रस्तावित ध्रुवीकरण
यात्रा तरंग प्रकार की अल्ट्रासोनिक मोटर रोटर के बीच घर्षण द्वारा घूर्णी क्षण प्राप्त करने के लिए लोचदार शरीर में यात्रा तरंग पर निर्भर करती है। ट्रैवलिंग वेव टाइप अल्ट्रासोनिक मोटर के मूल कार्य सिद्धांत के अनुसार, पीजोइलेक्ट्रिक वाइब्रेटर के लिए अपनाई जाने वाली पारंपरिक विधि कंपन मोड के अनुसार पहले विभाजन, कितने विभाजन और कितनी बार ध्रुवीकरण करना है। अध्ययन में पाया गया कि पीजोइलेक्ट्रिक वाइब्रेटर के इस ध्रुवीकरण में बड़ी कमियां हैं। कई ध्रुवीकरणों के कारण, ध्रुवीकरण के बाद विभाजन के ध्रुवीकरण प्रभाव अलग-अलग होते हैं, इसलिए पीज़ोइलेक्ट्रिक वाइब्रेटर के दो सेटों द्वारा उत्तेजित झुकने वाली तरंगों के आयाम को संतुलित नहीं किया जा सकता है। इस समय, रोटर और स्टेटर के बीच घर्षण गुणांक कम होता है, जिससे मोटर की आउटपुट दक्षता प्रभावित होती है। उपरोक्त समस्याओं को हल करने और ध्रुवीकरण एकरूपता में सुधार करने के लिए, यह पेपर एक साथ आइसोट्रोपिक ध्रुवीकरण मोड का प्रस्ताव करता है। सबसे पहले, पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक को पहले विभाजित किया जाता है, और फिर उच्च वोल्टेज उत्पन्न करने वाले सर्किट के आउटपुट वोल्टेज की सकारात्मक ध्रुवता को विद्युत क्षेत्र वितरण उपकरण के माध्यम से पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक के सकारात्मक ध्रुवीकरण विभाजन से जोड़ा जाता है; आउटपुट वोल्टेज की नकारात्मक ध्रुवता पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक के रिवर्स से जुड़ी होती है। ध्रुवीकरण उपकरण सक्रिय होने के बाद, पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक एक साथ एक ही दिशा में ध्रुवीकृत हो जाते हैं।

2 समग्र संरचना
आमतौर पर उपयोग किए जाने वाले थर्मल ध्रुवीकरण के अलावा, पीजो सिरेमिक क्रिस्टल क्वार्ट्ज रॉड ध्रुवीकरण प्रक्रिया में उच्च तापमान और कम वोल्टेज ध्रुवीकरण, एक गुंजयमान ध्रुवीकरण प्रक्रिया और इसी तरह की प्रक्रिया भी होती है। विभिन्न ध्रुवीकरण प्रक्रियाओं में ध्रुवीकरण उपकरणों के लिए अलग-अलग डिज़ाइन आवश्यकताएँ होती हैं। ध्रुवीकरण आवश्यकताओं को पूरा करने के आधार पर, डिज़ाइन किए गए ध्रुवीकरण उपकरण को सरल और भरोसेमंद बनाने के लिए, ऑपरेशन सरल है, वे थर्मल ध्रुवीकरण प्रक्रिया चुनते हैं, यानी, ध्रुवीकृत होने वाले पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक को सिलिकॉन तेल में रखा जाता है और 100 डिग्री सेल्सियस ~ 150 डिग्री सेल्सियस तक गरम किया जाता है, और फिर वर्तमान को पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक में लागू किया जाता है ताकि डोमेन बाहरी विद्युत क्षेत्र की दिशा में जितना संभव हो सके संरेखित हो और समय की अवधि के बाद बाहर निकाला जा सके। ध्रुवीकरण तंत्र बस एक मजबूत डीसी विद्युत क्षेत्र की कार्रवाई के तहत होता है, मूल रूप से अराजक उन्मुख ध्रुवीकरण क्षेत्र (विद्युत डोमेन) विद्युत क्षेत्र की दिशा के साथ एक क्रम में व्यवस्थित होते हैं। विद्युत क्षेत्र हटा दिए जाने के बाद, सिरेमिक बॉडी में डोमेन अभी भी विद्युत क्षेत्र के साथ एक निश्चित दिशा बनाए रखते हैं। इस प्रकार, आइसोट्रोपिक पॉलीक्रिस्टल (गुरुत्वाकर्षण के विद्युत केंद्र का कोई ऑफसेट नहीं है और कोई पीजोइलेक्ट्रिसिटी नहीं है) एक अनिसोट्रोपिक पॉलीक्रिस्टल बन जाता है, जिससे कि पीजो सिरेमिक बॉडी में पीजोइलेक्ट्रिक गुण होते हैं। थर्मल ध्रुवीकरण की प्रक्रिया आवश्यकताओं के अनुसार, ध्रुवीकरण उपकरण को एक निरंतर ध्रुवीकरण तापमान, एक उपयुक्त ध्रुवीकरण विद्युत क्षेत्र और एक वांछित विद्युत क्षेत्र वितरण प्रदान करने की आवश्यकता होती है। डिज़ाइन आवश्यकताओं के अनुसार, पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ध्रुवीकरण उपकरण में मुख्य रूप से निम्नलिखित तीन भाग होने चाहिए:
1 हीटिंग सर्किट। मुख्य रूप से हीटर, तापमान नियंत्रक द्वारा। इसमें एक ध्रुवीकरण नाली होती है।
2 ध्रुवीकरण उच्च वोल्टेज उत्पन्न करने वाला सर्किट।
3 विद्युत क्षेत्र वितरण उपकरण।

3 तापमान नियंत्रक
प्रणाली संपूर्ण नियंत्रक को प्रबंधित और समन्वयित करने के लिए कोर के रूप में माइक्रोकंट्रोलर पर आधारित है। यह तापमान मापने वाले घटक के रूप में तापमान सेंसर, ए/डी रूपांतरण के रूप में वी/एफ सर्किट, मजबूत हस्तक्षेप-विरोधी क्षमता का उपयोग करता है। तापमान नियंत्रक में, तापमान और नियंत्रण मापदंडों को सेट करने और चलाने जैसे कार्य एक कीबोर्ड और एक डिस्प्ले सर्किट द्वारा किए जा सकते हैं। नियंत्रक प्रोग्राम एल्गोरिथम को अपनाता है। नियंत्रण सिद्धांत पहले मापने वाले ध्रुवीकरण तापमान और निर्धारित तापमान के विचलन मूल्य को ढूंढना है, और फिर आउटपुट सिग्नल के कर्तव्य अनुपात को समायोजित करने के लिए नियंत्रण सिग्नल प्राप्त करने के लिए विचलन मान को संसाधित करना है, जिससे एक निश्चित अवधि में हीटिंग समय के अनुपात को समायोजित करना ध्रुवीकरण स्नान के तापमान को नियंत्रित करने के लिए उपयोग किया जाता है। सिस्टम की कार्य प्रक्रिया इस प्रकार है: तापमान सिग्नल को एक एकीकृत तापमान सेंसर द्वारा वोल्टेज सिग्नल में परिवर्तित किया जाता है, और वोल्टेज सिग्नल को वोल्टेज-आवृत्ति रूपांतरण करने के लिए प्रवर्धित और फ़िल्टर किया जाता है, और तर्क सर्किट के साथ संगत एक पल्स ट्रेन प्राप्त की जाती है, और पल्स आवृत्ति और तापमान सटीक रूप से आनुपातिक होते हैं। ऑप्टोकॉप्लर द्वारा पल्स को अलग करने के बाद, इसे सिंगल-चिप माइक्रो कंप्यूटर में इनपुट किया जाता है। प्रोग्राम संसाधित होने के बाद, वर्तमान तापमान मान प्राप्त किया जा सकता है। तापमान विचलन प्राप्त करने के लिए तापमान की तुलना तापमान के निर्धारित मान से की जाती है। नियंत्रण मात्रा की गणना एल्गोरिदम द्वारा की जाती है और नियंत्रित की जाती है। तापमान को नियंत्रित करने के उद्देश्य को प्राप्त करने के लिए हीटर पर लागू वोल्टेज का ऑन-ऑफ समय।

4 ध्रुवीकरण उच्च वोल्टेज उत्पन्न करने वाला सर्किट
ध्रुवीकरण उच्च वोल्टेज का कार्य पीजोइलेक्ट्रिक डिस्क ट्रांसड्यूसर जेनरेटिंग सर्किट ध्रुवीकरण के लिए उपयुक्त विद्युत क्षेत्र की स्थिति प्रदान करना है, जो पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ध्रुवीकरण उपकरण का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है। ध्रुवीकरण उच्च-वोल्टेज उत्पन्न करने वाले सर्किट में, केंद्रीय टैपिंग वोल्टेज विनियमन ट्रांसफार्मर और स्टेप-अप ट्रांसफार्मर का उपयोग वाणिज्यिक शक्ति को बढ़ावा देने, एसी उच्च वोल्टेज आउटपुट करने के लिए किया जाता है, और फिर ध्रुवीकरण के लिए आवश्यक डीसी उच्च वोल्टेज प्राप्त करने के लिए ब्रिज रेक्टिफायर सर्किट के माध्यम से सुधार किया जाता है। ध्रुवीकरण ऑपरेशन के दौरान, आउटपुट डीसी वोल्टेज को धीरे-धीरे बढ़ाने के लिए वोल्टेज विनियमन ट्रांसफार्मर को धीरे-धीरे समायोजित किया जाता है, जिससे ध्रुवीकरण के लिए उपयुक्त डीसी विद्युत क्षेत्र उपलब्ध होता है। ध्रुवीकरण प्रयोग में, यह पाया गया कि जब आउटपुट वोल्टेज को एक निश्चित मूल्य पर समायोजित किया जाता है, तो ध्रुवीकरण प्रक्रिया आगे बढ़ने पर आउटपुट वोल्टेज धीरे-धीरे गिर जाएगा। ध्रुवीकरण प्रक्रिया को स्थिर रखने के लिए, हमें वोल्टेज विनियमन ट्रांसफार्मर को समायोजित करके इसकी आवश्यकता होती है, आउटपुट वोल्टेज को स्थिर करने के लिए इनपुट वोल्टेज को लगातार बढ़ाया जाता है।

5 निष्कर्ष
अनुसंधान से पता चलता है कि एक ही दिशा में एक साथ ध्रुवीकृत पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक के प्रत्येक क्षेत्र का पीजोइलेक्ट्रिक स्थिरांक d33 अधिक सुसंगत और समान है, जो अल्ट्रासोनिक मोटर की आउटपुट दक्षता में सुधार करने के लिए फायदेमंद है। पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक की पीजोइलेक्ट्रिकिटी में सुधार करने और अल्ट्रासोनिक मोटर के प्रदर्शन में सुधार करने के लिए, लेखक ने पीजोइलेक्ट्रिक डिवाइस के ध्रुवीकरण उपकरण पर बुनियादी शोध किया है और कुछ परिणाम प्राप्त किए हैं, लेकिन पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक प्रदर्शन में और सुधार काम के निम्नलिखित पहलुओं पर भी निर्भर करेगा:

1 पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक सामग्रियों का आगे का अध्ययन, उनकी तैयारी प्रक्रिया और भौतिक गुणों में सुधार।
2 नई ध्रुवीकरण विधियों का अध्ययन करें और सामग्रियों के प्रदर्शन को अधिकतम करने का प्रयास करें।
3 बिजली की गुणवत्ता और आपूर्ति सीमा में सुधार के लिए ध्रुवीकरण उच्च वोल्टेज जनरेटिंग सर्किट में सुधार करें।
4 प्रयोगों के माध्यम से, विभिन्न पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक के लिए इष्टतम ध्रुवीकरण की स्थिति की तलाश की गई।