Istraživanje piezoelektričnog keramičkog polarizacijskog uređaja za ultrazvučni motor

1 Predložena polarizacija
Ultrazvučni motor s putujućim valom oslanja se na putujući val u elastičnom tijelu kako bi dobio rotacijski moment trenjem između rotora. U skladu s osnovnim principom rada ultrazvučnog motora s putujućim valom, konvencionalna metoda usvojena za piezoelektrični vibrator je prvo podjela prema načinu vibracije, koliko podjela i koliko puta polarizacije. Studija je otkrila da ova polarizacija piezoelektričnih vibratora ima velike nedostatke. Zbog višestrukih polarizacija, polarizacijski učinci pregrada nakon polarizacije su različiti, tako da se amplitude valova savijanja koje pobuđuju dva seta piezoelektričnih vibratora ne mogu uravnotežiti. U ovom trenutku, koeficijent trenja između rotora i statora je manji, što utječe na izlaznu učinkovitost motora. Kako bi se riješili gore navedeni problemi i poboljšala jednolikost polarizacije, ovaj rad predlaže simultani izotropni način polarizacije. Prvo, piezoelektrična keramika je prvo podijeljena, a zatim je pozitivni polaritet izlaznog napona kruga za generiranje visokog napona spojen na pozitivnu polarizacijsku pregradu piezoelektrične keramike preko uređaja za distribuciju električnog polja; negativni polaritet izlaznog napona spojen je na poleđinu piezoelektrične keramike. Nakon što se polarizacijski uređaj uključi, piezoelektrična keramika se istovremeno polarizira u istom smjeru.

2 ukupna struktura
Uz uobičajeno korištenu toplinsku polarizaciju, piezo keramički kristalni kvarcni štap polarizacijski proces također ima polarizaciju visoke temperature i niskog napona, rezonantni proces polarizacije i slično. Različiti procesi polarizacije imaju različite zahtjeve dizajna za polarizacijske uređaje. Pod pretpostavkom ispunjavanja polarizacijskih zahtjeva, kako bi dizajnirani polarizacijski uređaj bio jednostavan i pouzdan, rad je jednostavan, oni odabiru proces toplinske polarizacije, to jest, piezoelektrična keramika koja se polarizira stavlja se u silikonsko ulje i zagrijava na 100 °C ~ 150 °C, a zatim se struja primjenjuje preko piezoelektrične keramike tako da su domene poravnate što je više moguće u smjer vanjskog električnog polja i izvaditi nakon određenog vremena. Polarizacijski mehanizam je jednostavno pod djelovanjem jakog istosmjernog električnog polja, izvorno kaotično orijentirana polarizacijska područja (električne domene) raspoređena su po redu duž smjera električnog polja. Nakon uklanjanja električnog polja, domene u keramičkom tijelu još uvijek zadržavaju određeni smjer duž električnog polja. Dakle, izotropni polikristal (nema pomaka električnog težišta i nema piezoelektriciteta) postaje anizotropni polikristal, tako da piezo keramičko tijelo ima piezoelektrična svojstva. U skladu sa zahtjevima procesa toplinske polarizacije, polarizacijski uređaj mora osigurati konstantnu polarizacijsku temperaturu, odgovarajuće polarizacijsko električno polje i željenu distribuciju električnog polja. Prema zahtjevima dizajna, piezoelektrični keramički polarizacijski uređaj trebao bi se uglavnom sastojati od sljedeća tri dijela:
1 krug grijanja. Uglavnom pomoću grijača, regulatora temperature. Sastoji se od polarizirajućeg utora.
2 polarizacijski krug za generiranje visokog napona.
3 uređaj za distribuciju električnog polja.

3 regulator temperature
Sustav se temelji na mikrokontroleru kao jezgri za upravljanje i koordinaciju cijelog regulatora. Koristi senzor temperature kao komponentu za mjerenje temperature, V/F krug kao A/D pretvorbu, jaku sposobnost zaštite od smetnji. U regulatoru temperature, funkcije kao što su postavljanje i pokretanje temperaturnih i kontrolnih parametara mogu se izvoditi pomoću tipkovnice i kruga zaslona. Program kontrolera usvaja algoritam. Načelo upravljanja je prvo pronaći vrijednost odstupanja mjerne polarizacijske temperature i postavljene temperature, a zatim obraditi vrijednost odstupanja kako bi se dobio kontrolni signal za podešavanje radnog omjera izlaznog signala, čime se prilagođava omjer vremena zagrijavanja u određenom razdoblju za kontrolu temperature polarizacijske kupke. Radni proces sustava je sljedeći: signal temperature pretvara se u signal napona pomoću integriranog temperaturnog senzora, a signal napona se pojačava i filtrira kako bi se izvršila pretvorba napona u frekvenciju, te se dobiva niz impulsa kompatibilan s logičkim krugom, a frekvencija impulsa i temperatura su točno proporcionalne. Nakon što je impuls izoliran pomoću optokaplera, on se unosi u jednočipno mikroračunalo. Nakon obrade programa može se dobiti trenutna vrijednost temperature. Temperatura se uspoređuje sa postavljenom vrijednošću temperature kako bi se dobilo temperaturno odstupanje. Kontrolna količina se izračunava algoritmom i kontrolira. Vrijeme uključenja-isključivanja napona primijenjenog na grijač radi postizanja svrhe kontrole temperature.

4 polarizacijski sklop visokog napona
Funkcija polarizacijskog visokog napona krug za generiranje piezoelektričnog disk pretvornika treba osigurati odgovarajuće uvjete električnog polja za polarizaciju, što je ključni dio piezoelektričnog keramičkog polarizacijskog uređaja. U polarizacijskom krugu za generiranje visokog napona, transformator za regulaciju napona središnjeg odvoda i transformator za pojačavanje koriste se za povećanje komercijalne snage, izlaz visokog napona izmjenične struje, a zatim ispravljanje kroz strujni krug premosnog ispravljača kako bi se dobio istosmjerni visoki napon potreban za polarizaciju. Tijekom polarizacijskog rada, transformator za regulaciju napona polako se podešava da polako povećava izlazni istosmjerni napon, osiguravajući odgovarajuće istosmjerno električno polje za polarizaciju. U polarizacijskom pokusu utvrđeno je da će, kada se izlazni napon namjesti na određenu vrijednost, izlazni napon polako padati kako proces polarizacije napreduje. Kako bi proces polarizacije bio stabilan, potrebno nam je podešavanjem transformatora za regulaciju napona, ulazni napon se kontinuirano povećava kako bi se stabilizirao izlazni napon.

5 Zaključak
Istraživanje pokazuje da je piezoelektrična konstanta d33 svake zone piezoelektrične keramike polarizirane istovremeno u istom smjeru dosljednija i ujednačenija, što je korisno za poboljšanje izlazne učinkovitosti ultrazvučnog motora. U cilju poboljšanja piezoelektričnosti piezoelektrične keramike i poboljšanja performansi ultrazvučnog motora, autor je proveo osnovna istraživanja na polarizacijskom uređaju piezoelektričnog uređaja i postigao određene rezultate, ali daljnje poboljšanje performansi piezoelektrične keramike također će ovisiti o sljedećim aspektima rada:

1 Daljnje proučavanje piezoelektričnih keramičkih materijala, poboljšanje procesa njihove pripreme i svojstava materijala.
2. Proučite nove polarizacijske metode i pokušajte maksimalno povećati učinkovitost materijala.
3 Poboljšajte polarizacijski krug za generiranje visokog napona kako biste poboljšali kvalitetu napajanja i raspon napajanja.
4 Eksperimentima su traženi optimalni uvjeti polarizacije za različite piezoelektrične keramike.