Penelitian Perangkat Polarisasi Keramik Piezoelektrik untuk Motor Ultrasonik

1 Usulan polarisasi
Motor ultrasonik tipe gelombang perjalanan mengandalkan gelombang perjalanan dalam benda elastis untuk mendapatkan momen rotasi melalui gesekan antar rotor. Menurut prinsip kerja dasar motor ultrasonik tipe gelombang berjalan, metode konvensional yang diadopsi untuk vibrator piezoelektrik adalah dengan mempartisi terlebih dahulu sesuai dengan mode getaran, berapa partisi, dan berapa kali polarisasi. Studi ini menemukan bahwa polarisasi vibrator piezoelektrik ini memiliki kelemahan besar. Karena polarisasi ganda, efek polarisasi partisi setelah polarisasi berbeda, sehingga amplitudo gelombang lentur yang tereksitasi oleh dua set vibrator piezoelektrik tidak dapat seimbang. Pada saat ini koefisien gesekan antara rotor dan stator semakin rendah sehingga mempengaruhi efisiensi keluaran motor. Untuk memecahkan masalah di atas dan meningkatkan keseragaman polarisasi, makalah ini mengusulkan mode polarisasi isotropik simultan. Pertama, keramik piezoelektrik dipartisi terlebih dahulu, kemudian polaritas positif tegangan keluaran rangkaian pembangkit tegangan tinggi dihubungkan ke partisi polarisasi positif keramik piezoelektrik melalui perangkat distribusi medan listrik; polaritas negatif dari tegangan keluaran dihubungkan ke kebalikan dari keramik piezoelektrik. Setelah perangkat polarisasi diberi energi, keramik piezoelektrik secara bersamaan terpolarisasi dalam arah yang sama.

2 struktur keseluruhan
Selain polarisasi termal yang umum digunakan, itu proses polarisasi batang kristal kuarsa piezo keramik juga memiliki polarisasi suhu tinggi dan tegangan rendah, proses polarisasi resonansi, dan sejenisnya. Proses polarisasi yang berbeda memiliki persyaratan desain yang berbeda untuk perangkat polarisasi. Dengan alasan memenuhi persyaratan polarisasi, untuk membuat perangkat polarisasi yang dirancang sederhana dan andal, pengoperasiannya sederhana, mereka memilih proses polarisasi termal, yaitu keramik piezoelektrik yang akan dipolarisasi ditempatkan dalam minyak silikon dan dipanaskan hingga 100 ° C ~ 150 ° C, dan kemudian arus dialirkan melintasi keramik piezoelektrik sehingga domain sejajar sejauh mungkin ke arah medan listrik eksternal dan dihilangkan setelah jangka waktu tertentu. Mekanisme polarisasi hanya terjadi di bawah aksi medan listrik DC yang kuat, daerah polarisasi yang semula berorientasi kacau (domain listrik) disusun secara berurutan sepanjang arah medan listrik. Setelah medan listrik dihilangkan, domain pada badan keramik masih mempertahankan arah tertentu sepanjang medan listrik. Dengan demikian, polikristal isotropik (tidak ada offset pusat gravitasi listrik dan tidak ada piezoelektrik) menjadi polikristal anisotropik, sehingga badan keramik piezo mempunyai sifat piezoelektrik. Sesuai dengan persyaratan proses polarisasi termal, perangkat polarisasi perlu menyediakan suhu polarisasi yang konstan, medan listrik polarisasi yang sesuai, dan distribusi medan listrik yang diinginkan. Menurut persyaratan desain, perangkat polarisasi keramik piezoelektrik harus terdiri dari tiga bagian berikut:
1 sirkuit pemanas. Terutama oleh pemanas, pengontrol suhu. Ini terdiri dari alur polarisasi.
2 rangkaian pembangkit tegangan tinggi polarisasi.
3 alat distribusi medan listrik.

3 pengontrol suhu
Sistem ini didasarkan pada mikrokontroler sebagai inti untuk mengatur dan mengkoordinasikan seluruh pengontrol. Ia menggunakan sensor suhu sebagai komponen pengukur suhu, sirkuit V/F sebagai konversi A/D, kemampuan anti-interferensi yang kuat. Dalam pengontrol suhu, fungsi seperti pengaturan dan pengoperasian parameter suhu dan kontrol dapat dilakukan oleh keyboard dan rangkaian tampilan. Program pengontrol mengadopsi algoritma. Prinsip kendalinya adalah terlebih dahulu mencari nilai simpangan suhu polarisasi pengukuran dan suhu yang disetel, kemudian mengolah nilai simpangan tersebut untuk memperoleh sinyal kendali untuk mengatur rasio tugas sinyal keluaran, sehingga menyesuaikan rasio waktu pemanasan dalam periode tertentu digunakan untuk mengontrol suhu bak polarisasi. Proses kerja sistem adalah sebagai berikut: sinyal suhu diubah menjadi sinyal tegangan oleh sensor suhu terintegrasi, dan sinyal tegangan diperkuat dan disaring untuk melakukan konversi frekuensi tegangan, dan rangkaian pulsa yang kompatibel dengan rangkaian logika diperoleh, dan frekuensi pulsa serta suhu proporsional secara akurat. Setelah pulsa diisolasi oleh optocoupler, pulsa tersebut dimasukkan ke dalam komputer mikro chip tunggal. Setelah program diproses, nilai suhu saat ini dapat diperoleh. Suhu tersebut dibandingkan dengan nilai suhu yang ditetapkan untuk memperoleh simpangan suhu. Kuantitas kontrol dihitung oleh algoritma dan dikontrol. Waktu hidup-mati dari tegangan yang diterapkan ke pemanas untuk mencapai tujuan mengendalikan suhu.

4 rangkaian pembangkit tegangan tinggi polarisasi
Fungsi polarisasi tegangan tinggi rangkaian pembangkit transduser cakram piezoelektrik adalah untuk menyediakan kondisi medan listrik yang sesuai untuk polarisasi, yang merupakan bagian penting dari perangkat polarisasi keramik piezoelektrik. Dalam rangkaian pembangkit tegangan tinggi polarisasi, trafo pengatur tegangan sadap pusat dan trafo step-up digunakan untuk meningkatkan daya komersial, mengeluarkan tegangan tinggi AC, dan kemudian menyearahkan melalui rangkaian penyearah jembatan untuk mendapatkan tegangan tinggi DC yang diperlukan untuk polarisasi. Selama operasi polarisasi, trafo pengatur tegangan diatur secara perlahan untuk meningkatkan tegangan DC keluaran secara perlahan, menyediakan medan listrik DC yang sesuai untuk polarisasi. Pada percobaan polarisasi, diketahui bahwa ketika tegangan keluaran diatur ke nilai tertentu, tegangan keluaran akan turun secara perlahan seiring dengan berlangsungnya proses polarisasi. Agar proses polarisasi tetap stabil maka diperlukan dengan cara mengatur trafo pengatur tegangan, tegangan masukan dinaikkan terus menerus untuk menstabilkan tegangan keluaran.

5 Kesimpulan
Penelitian menunjukkan bahwa konstanta piezoelektrik d33 setiap zona keramik piezoelektrik yang dipolarisasi secara bersamaan dalam arah yang sama lebih konsisten dan seragam, sehingga bermanfaat untuk meningkatkan efisiensi keluaran motor ultrasonik. Untuk meningkatkan piezoelektrik keramik piezoelektrik dan meningkatkan kinerja motor ultrasonik, penulis telah melakukan penelitian dasar pada perangkat polarisasi perangkat piezoelektrik dan mencapai hasil tertentu, namun peningkatan lebih lanjut kinerja keramik piezoelektrik juga akan bergantung pada aspek kerja berikut:

1 Studi lebih lanjut tentang bahan keramik piezoelektrik, meningkatkan proses persiapan dan sifat bahannya.
2 Pelajari metode polarisasi baru dan coba maksimalkan kinerja material.
3 Meningkatkan rangkaian pembangkit tegangan tinggi polarisasi untuk meningkatkan kualitas daya dan jangkauan pasokan.
4 Melalui eksperimen, kondisi polarisasi optimal untuk keramik piezoelektrik yang berbeda dicari.