Berita

Anda di sini: Rumah / Berita / Dasar-dasar Keramik Piezoelektrik / Karakteristik redaman kopling elektromekanis antara kristal keramik piezo dan rangkaian listrik

Karakteristik redaman kopling elektromekanis antara kristal keramik piezo dan rangkaian listrik

Dilihat: 4 Penulis: Editor Situs Waktu Publikasi: 05-03-2020 Asal: Lokasi

Menanyakan

Keramik piezoelektrik, sebagai material keramik fungsional baru yang telah banyak digunakan di berbagai bidang teknis, termasuk penerapan di bidang pengendalian getaran struktural. Karena kemampuannya mengubah energi mekanik dan energi listrik, ia dapat ditanamkan ke dalam sistem sebagai sensor atau aktuator ultrasonik untuk pengendalian aktif getaran struktur. Ketika bahan keramik piezoelektrik dan sirkuit eksternal membentuk sirkuit tertutup, karena adanya kopling mekanis dan listrik, maka akan menunjukkan beberapa karakteristik redaman, yang dapat digunakan untuk kontrol pasif pada struktur.

Pada tahun 1979, Forward pertama kali mengusulkan kemungkinan penggunaan keramik piezoelektrik secara paralel dengan komponen rangkaian untuk pengendalian getaran, dan kemudian hagood dan von, Dalam makalah ini, karakteristik kopling mekanis dan listrik dari keramik piezoelektrik dan rangkaian eksternal dimodelkan secara teoritis, dan pengaruh tabung piezokeramik PZT getaran kantilever ketika dihubungkan secara paralel dengan rangkaian resistansi murni dan rangkaian induktansi resistansi seri. Hasil eksperimen sesuai dengan hasil teoritis, yang secara sistematis membuktikan kelayakan keramik piezoelektrik dan sirkuit eksternal secara paralel untuk pengendalian getaran. Sejak itu, banyak peneliti mulai berinvestasi di bidang ini.

Untuk lebih menerapkan karakteristik redaman transduser tingkat ultrasonik untuk kontrol getaran, berdasarkan penelitian dalam makalah ini, model teoretis karakteristik redaman kopling paralel keramik piezoelektrik dengan induktansi resistansi dan rangkaian kapasitansi resistansi dibuat, dan model teoretis diverifikasi berdasarkan sistem kantilever, yang memberikan landasan teori untuk penerapan keramik piezoelektrik di bidang pondasi kontrol pasif.

Karakteristik redaman keramik piezoelektrik paralel

Bahan keramik piezoelektrik mempunyai sifat mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Ketika keramik piezoelektrik terkena gaya luar, permukaannya akan menghasilkan muatan listrik. Jika keramik piezoelektrik dalam keadaan sirkuit maka muatan akan berkumpul pada permukaan keramik piezoelektrik. Ketika keramik piezoelektrik membentuk rangkaian dekat dengan rangkaian luar, sebagian muatan listrik akan dikonsumsi dalam bentuk energi panas oleh impedansi dalam rangkaian, artinya sebagian energi mekanik akan dilepaskan dalam bentuk energi panas. Ini adalah mekanisme dimana keramik piezoelektrik dan sirkuit eksternal dihubungkan secara paralel untuk kontrol getaran pasif.

1.2 model teoritis

Dari sudut pandang kelistrikan, keramik piezoelektrik dapat disederhanakan sebagai model rangkaian sumber tegangan dan kapasitor. Ini adalah model listrik setara keramik piezo yang paralel dengan sirkuit eksternal. Impedansi listrik sistem ketika rangkaian eksternal tertutup atau terbuka. Impedansi mekanis setara dengan kekakuan mekanis bahan piezoelektrik. Oleh karena itu, karakteristik redaman keramik piezoelektrik paralel, faktor disipasi energi ŋ, dan rasio kekakuan e dapat ditentukan masing-masing. Ketika rangkaian eksternal masing-masing adalah rangkaian paralel induktansi resistansi dan rangkaian seri kapasitansi negatif resistansi, model karakteristik redaman material keramik piezoelektrik dapat diperoleh: karakteristik redaman keramik piezoelektrik dan koefisien kopling elektromekanis keramik piezoelektrik, frekuensi kerja, dan faktor getaran semuanya terkait. Karakteristik redaman keramik piezoelektrik paralel berkaitan dengan banyak faktor, seperti karakteristik keramik piezoelektrik, jenis rangkaian luar, dan parameter rangkaian tertentu. Dengan adanya perubahan faktor tersebut, keramik piezoelektrik menunjukkan karakteristik redaman yang berbeda.

Penelitian Simulasi Berdasarkan sistem balok kantilever

Untuk memverifikasi pengaruh jenis rangkaian dan parameter terkait terhadap karakteristik redaman paralel transduser keramik piezoelektrik , seperangkat sistem simulasi berdasarkan balok kantilever dirancang. Lembaran keramik piezoelektrik PZT-5 ditempelkan pada permukaan balok kantilever, permukaan balok dibumikan, dan arah polarisasi lembaran keramik piezoelektrik ditampilkan. Di antara empat lembaran keramik piezoelektrik, dua diantaranya merupakan aktuator, yang merupakan sumber penggerak getaran balok kantilever; satu adalah sensor, yang mencerminkan intensitas getaran dari posisi yang sesuai pada balok kantilever melalui nilai tegangan yang diukur; yang lainnya paralel dengan sirkuit eksternal, pasangan pertama lembaran keramik piezoelektrik berukuran 60mm * 26.4mm * 0.25mm, dan pasangan kedua berukuran 50mm * 26.4mm * 0.25mm. Jarak antara ujung kiri dua pasang keping keramik piezo dan ujung tetap balok kantilever masing-masing adalah 18mm dan 100mm. Terdapat hubungan fungsi transfer antara tegangan masukan aktuator dan tegangan keluaran sensor. Dengan membandingkan fungsi alih rangkaian paralel luar pada rangkaian terbuka dan rangkaian tertutup, pengaruh keramik piezoelektrik paralel terhadap getaran sistem dapat ditentukan.

Berdasarkan model di atas, pengaruh keramik piezoelektrik terhadap getaran sistem balok kantilever disimulasikan dalam empat kasus, yaitu resistansi, induktansi resistansi seri, induktansi resistansi paralel, dan kapasitansi negatif resistansi paralel. Kapasitansi negatif diwujudkan dengan rangkaian konversi impedansi negatif. Parameter keramik kantilever dan piezoelektrik yang digunakan dalam simulasi hanya melibatkan mode kantilever pertama, dan pengaruh perubahan resistansi terhadap karakteristik redaman keramik piezoelektrik dipertimbangkan.

Pada rangkaian paralel yang berbeda, keramik piezoelektrik mempunyai pengaruh yang besar terhadap getaran sistem balok kantilever. Untuk rangkaian yang sama, efek redaman berubah seiring dengan perubahan nilai resistansi, dan terdapat nilai optimal dari tren perubahan. Hal ini sesuai dengan model teoritis pada bagian sebelumnya. Terlihat dari perbandingan bahwa efek redaman paling kecil bila dirangkai paralel dengan hambatan, dan paling kuat bila dirangkai paralel dengan rangkaian seri kapasitansi negatif hambatan. Untuk dua jenis rangkaian paralel induktansi resistansi, pengaruh keramik piezoelektrik pada sistem serupa, namun sensitivitas kinerja redaman dengan perubahan resistansi sangat berbeda. Selain itu, ketika resistansi rangkaian induktansi resistansi seri berubah dari besar ke kecil, dan resistansi rangkaian induktansi resistansi paralel berubah dari kecil ke besar, tren pengaruhnya terhadap kinerja sistem kantilever adalah sama. Mengingat karakteristik redaman piezoceramics secara paralel dan pengaruhnya terhadap kinerja sistem, perbandingan yang komprehensif dibuat.