Vijesti

Vi ste ovdje: Dom / Vijesti / Osnove piezoelektrične keramike / Karakteristike prigušenja elektromehaničke veze između piezo keramičkog kristala i električnog kruga

Karakteristike prigušenja elektromehaničke sprege između piezo keramičkog kristala i električnog kruga

Pregleda: 4 Autor: Urednik stranice Vrijeme objave: 2020-03-05 Porijeklo: stranica

Raspitajte se

Piezoelektrična keramika, kao novi funkcionalni keramički materijal, koji je naširoko korišten u mnogim tehničkim područjima, uključujući primjenu u području strukturalne kontrole vibracija. Zbog svoje sposobnosti transformacije mehaničke energije i električne energije, može se ugraditi u sustav kao ultrazvučni senzor ili aktuator za aktivnu kontrolu strukturalnih vibracija. Kada piezoelektrični keramički materijali i vanjski krugovi tvore zatvoreni krug, zbog mehaničke i električne sprege, pokazat će neke karakteristike prigušenja, koje se mogu koristiti za pasivnu kontrolu struktura.

Godine 1979. Forward je prvi predložio mogućnost korištenja piezoelektrične keramike paralelno s komponentama strujnog kruga za kontrolu vibracija, a zatim Hagood i von. U ovom su radu teorijski modelirane karakteristike mehaničkog i električnog spajanja piezoelektrične keramike i vanjskih krugova, te utjecaj na PZT piezokeramička cijev vibracije konzole kada su spojeni paralelno s čistim otpornim krugom odnosno serijskim otpornim induktivnim krugom. Eksperimentalni rezultati dobro se slažu s teorijskim rezultatima, što sustavno dokazuje izvedivost piezoelektrične keramike i vanjskih krugova paralelno za kontrolu vibracija. Od tada su mnogi istraživači počeli ulagati u ovo područje.

Kako bi se bolje primijenile karakteristike prigušenja ultrazvučnog pretvarača razine za kontrolu vibracija, na temelju istraživačkog rada u ovom radu, uspostavljen je teorijski model karakteristika prigušenja paralelne sprege piezoelektrične keramike s otpornim induktivnim i otpornim kapacitivnim krugovima, te je verificiran teorijski model na temelju konzolnog sustava, koji daje teorijsku osnovu za primjenu piezoelektrične keramike u području temelja pasivne regulacije.

Prigušne karakteristike paralelne piezoelektrične keramike

Piezoelektrični keramički materijali imaju svojstvo pretvaranja mehaničke energije u električnu. Kada se piezoelektrična keramika podvrgne vanjskoj sili, površina će proizvesti električni naboj. Ako je piezoelektrična keramika u stanju kruga, naboj će se skupiti na površini piezoelektrične keramike. Kada piezoelektrična keramika tvori bliski krug s vanjskim krugom, dio električnog naboja će biti potrošen u obliku toplinske energije impedancijom u krugu, odnosno dio mehaničke energije će se osloboditi u obliku toplinske energije. Ovo je mehanizam kojim su piezoelektrična keramika i vanjski krugovi povezani paralelno za pasivnu kontrolu vibracija.

1.2 teorijski model

S električnog gledišta, piezoelektrična keramika može se pojednostaviti kao serijski model izvora napona i kondenzatora. To je ekvivalentni električni model piezo keramike paralelno s vanjskim strujnim krugom. Električna impedancija sustava kada je vanjski krug zatvoren ili otvoren. Mehanička impedancija je ekvivalentna mehaničkoj krutosti piezoelektričnih materijala. Stoga se mogu definirati karakteristike prigušenja paralelne piezoelektrične keramike, faktor disipacije energije ŋ i omjer krutosti e. Kada su vanjski krugovi paralelni krug induktiviteta otpora i serijski krug negativnog kapaciteta otpora, može se dobiti model karakteristika prigušenja materijala piezoelektrične keramike: karakteristike prigušenja piezoelektrične keramike i elektromehaničke spojke koeficijent piezoelektrične keramike, radna frekvencija i faktor vibracija su povezani. Značajke prigušenja paralelne piezoelektrične keramike povezane su s mnogim čimbenicima, kao što su karakteristike piezoelektrične keramike, vrste vanjskih krugova i specifični parametri kruga. S promjenom ovih faktora, piezoelektrična keramika pokazuje različite karakteristike prigušenja.

Simulacijsko istraživanje Temeljeno na sustavu konzolnih greda

Kako bi se provjerio utjecaj tipa strujnog kruga i povezanih parametara na karakteristike prigušenja paralelnog piezoelektričnih keramičkih pretvornika , dizajniran je skup simulacijskih sustava temeljen na konzolnoj gredi. PZT-5 piezoelektrična keramička ploča zalijepljena je na površinu konzolne grede, površina grede je uzemljena i prikazan je smjer polarizacije piezoelektrične keramičke ploče. Među četiri piezoelektrične keramičke ploče, dvije su pokretači, koji su pogonski izvori vibracija konzolne grede; jedan je senzor, koji reflektira intenzitet vibracija odgovarajućeg položaja na konzolnoj gredi kroz izmjerenu vrijednost napona; drugi je paralelan s vanjskim krugom, prvi par piezoelektričnih keramičkih ploča je 60 mm * 26,4 mm * 0,25 mm, a drugi par je 50 mm * 26,4 mm * 0,25 mm. Razmak između lijevog kraja dva para piezo keramičkih čipova i fiksnog kraja konzolne grede je 18 mm odnosno 100 mm. Postoji odnos prijenosne funkcije između ulaznog napona aktuatora i izlaznog napona senzora. Usporedbom prijenosne funkcije vanjskog paralelnog kruga u otvorenom i zatvorenom krugu može se odrediti utjecaj paralelne piezoelektrične keramike na vibracije sustava.

Prema gornjem modelu, utjecaj piezoelektrične keramike na vibracije sustava konzolnih greda simuliran je u četiri slučaja. To su otpor, induktivitet serijskog otpora, induktivitet paralelnog otpora i negativni kapacitet paralelnog otpora. Negativni kapacitet se ostvaruje krugom za pretvorbu negativne impedancije. Parametri konzole i piezoelektrične keramike korišteni u simulaciji uključuju samo prvi mod konzole, a razmatra se utjecaj promjene otpora na karakteristike prigušenja piezoelektrične keramike.

U različitim paralelnim krugovima, piezoelektrična keramika ima veliki utjecaj na vibracije sustava konzolnih greda. Za isti krug, učinak prigušenja se mijenja s promjenom vrijednosti otpora, a postoji optimalna vrijednost iz trenda promjene. Ovo je u skladu s teorijskim modelom iz prethodnog dijela. Iz usporedbe se vidi da je učinak prigušenja najmanji kada je spojen paralelno s otpornikom, a najjači kada je spojen paralelno sa serijskim krugom negativnog kapaciteta otpornika. Za dvije vrste paralelnih krugova induktiviteta otpora, utjecaj piezoelektrične keramike na sustav je sličan, ali je osjetljivost performansi prigušenja s promjenom otpora prilično različita. Štoviše, kada se otpor kruga induktiviteta serijskog otpora mijenja od velikog do malog, a otpor kruga induktiviteta paralelnog otpora mijenja se od malog do velikog, trend njihovog utjecaja na performanse konzolnog sustava je isti. Uzimajući u obzir paralelne karakteristike prigušenja piezokeramike i njihov utjecaj na performanse sustava, napravljena je opsežna usporedba.