desain alat uji parameter d33 keramik piezo

Perancangan ini menggunakan mikrokomputer chip tunggal sebagai rangkaian kontrol dan penghitungan parameter. Generator sinyal mengeluarkan sinyal sapuan frekuensi eksitasi analog kontinu, yang diterapkan pada keramik piezoelektrik, yang mendeteksi amplitudo tegangan dan arus sinyal analog, mengubahnya menjadi sinyal digital, dan mengirimkannya ke mikrokontroler. Tegangan pengukuran Sistem saat ini, parameter frekuensi resonansi dan anti resonansi dihitung untuk memperoleh program fungsi sistem, termasuk perolehan data eksternal, perolehan sinyal eksitasi, penghitungan frekuensi resonansi dan anti resonansi, penghitungan parameter d33, pemrosesan status kesalahan dan alarm, dll. Sinyal eksitasi dan keluaran rangkaian deteksi oleh generator sinyal. Frekuensi sinyal eksitasi adalah dari 35 hingga 45kHz. Frekuensi resonansi fr dan anti resonansi fa transduser silinder piezoceramic diperoleh melalui program penyapuan frekuensi. Hubungan antara resistansi R, induktansi L, kapasitansi C serta tegangan dan arus dapat digunakan untuk memperoleh d33 keramik piezoelektrik sesuai rumus.

Diagram struktur bagian penyesuaian tekanan. Perangkat keras sistem terdiri dari deteksi dan penyesuaian tekanan chip tunggal, keluaran sinyal sapuan frekuensi, dan perhitungan frekuensi resonansi. Bagian penyesuaian tekanan membandingkan dengan sinyal tekanan dengan nilai yang ditetapkan untuk menentukan status berjalan maju dan mundur motor.

Proses kerjanya adalah sebagai berikut deteksi tekanan unit komputer chip tunggal dan keluaran sinyal sapuan frekuensi penyesuaian dan perhitungan deteksi frekuensi resonansi, sehingga mencapai perhitungan d33. Untuk meningkatkan akurasi pengukuran, pemilihan frekuensi keluaran 35 ~ 45kHz oleh generator sinyal untuk pengukuran, konversi, dan perekaman data, dan terakhir menghitung d33. Tiga R, L, dan C yang tidak diketahui dalam persamaan dapat diperoleh (terutama parameter C) Nilai spesifik d33 dihitung untuk mendapatkan konstanta regangan piezoelektrik d33.

Rangkaian pengujian menggunakan metode saluran transmisi. Karena kapasitansi dari stok keramik piezoelektrik itu sendiri kecil, rasio kapasitansi terdistribusi terhadap kapasitansi bebas Cr dari perlengkapan dan sistem pengujian tidak boleh lebih besar dari 1/10, jika tidak, hasil pengujian harus diperbaiki. Metode tersebut memerlukan d33 untuk menguji dimensi geometri sampel sebagai berikut: perbandingan panjang L dengan lebar W lembaran keramik berbentuk pelat, yaitu L/W> 5, untuk menjamin panjang memanjang tunggal lembaran keramik piezo berbentuk pelat dalam mode getaran regangan dan menghindari gangguan mode getaran lainnya pada hasil pengujian; jika tidak, puncak parasit akan muncul pada kurva resonansi, sehingga sulit untuk menentukan frekuensi resonansi. Diketahui massa jenis bahan sampel ρ (kg / m3), kapasitansi bebas CT (F) (termasuk nilai kapasitansi statis dan dinamis total pelat keramik piezo seperti pelat yang diukur pada frekuensi rendah C,, C, dan C, yaitu C. + C₁.), Panjang L (mm), tebal d (mm), lebar W (mm), luas elektroda sampel S (mm²), frekuensi resonansi seri fs (Hz) sampel dideteksi dengan menambahkan sinyal eksitasi sapuan, dan frekuensi resonansi paralel fp (Hz) untuk menghitung nilai d33. Dalam perhitungan d33 dibutuhkan waktu dan frekuensi yang akurat. Karena pengukuran fs dan fp yang akurat. Ini sulit, jadi Anda bisa merujuk pada metode transmisi jaringan berbentuk V untuk mengukur frekuensi resonansi maksimum dan frekuensi anti-resonansi. Di sini fs dan fp bisa diganti dengan fr dan fa.

Uji eksperimen dan analisis

Dua kelompok L*W*d dengan 5 H masing-masing 20 mm x 5 mm x 1 mm dan 60 mm x 5 mm x 1 mm keramik piezoelektrik yang akan diuji diaplikasikan dengan tekanan tertentu sebesar 0,5 N untuk percobaan pengujian. D33 yang sesuai diperoleh dengan mendeteksi dan menghitung parameter (R, L, C) dari lembaran keramik piezoelektrik. Frekuensi pengujian (35 ~ 45 kHz) sinyal yang diterapkan dalam proses deteksi disesuaikan dengan frekuensi sinyal setiap lo s, yaitu (40 ± 0,5 × n) kHz. Komputer mikro chip tunggal mengambil sampel dan memperoleh nilai arus dan tegangan dari sinyal eksitasi dengan frekuensi berbeda, serta mendeteksi dan menghitung R, L, C, dan d33.

Perhitungan uji parameter d33 terhadap sampel yang akan diuji dibandingkan dengan pengujian menggunakan alat ukur parameter d33 standar. Hasilnya menunjukkan bahwa kisaran antara nilai maksimum dan minimum hasil pengujian stabil dalam kisaran yang dapat diterima, dan kesalahannya kurang dari 5% dibandingkan dengan nilai yang diperoleh penguji standar. Parameter (R, L, C) chip piezoceramic yang diperoleh dari deteksi sebenarnya sesuai dengan parameter yang diukur dengan alat ukur standar, yang secara efektif meningkatkan efisiensi pengujian dan menyediakan kondisi untuk algoritma pengukuran online berikutnya dan desain perangkat.