Ricerca sul dispositivo di polarizzazione ceramica piezoelettrica per motore a ultrasuoni

1 Polarizzazione proposta
Il motore a ultrasuoni del tipo a onda progressiva si basa sull'onda viaggiante nel corpo elastico per ottenere il momento di rotazione mediante l'attrito tra il rotore. Secondo il principio di funzionamento di base del motore a ultrasuoni del tipo a onda progressiva, il metodo convenzionale adottato per il vibratore piezoelettrico consiste nel suddividere innanzitutto in base alla modalità di vibrazione, al numero di partizioni e al numero di volte di polarizzazione. Lo studio ha scoperto che questa polarizzazione dei vibratori piezoelettrici presenta grossi inconvenienti. A causa delle polarizzazioni multiple, gli effetti di polarizzazione delle partizioni dopo la polarizzazione sono diversi, quindi le ampiezze delle onde di flessione eccitate dai due set di vibratori piezoelettrici non possono essere bilanciate. In questo momento, il coefficiente di attrito tra il rotore e lo statore è inferiore, influenzando così l'efficienza di uscita del motore. Per risolvere i problemi di cui sopra e migliorare l'uniformità della polarizzazione, questo articolo propone una modalità di polarizzazione isotropa simultanea. Innanzitutto, la ceramica piezoelettrica viene prima partizionata, quindi la polarità positiva della tensione di uscita del circuito generatore di alta tensione viene collegata alla partizione di polarizzazione positiva della ceramica piezoelettrica attraverso il dispositivo di distribuzione del campo elettrico; la polarità negativa della tensione di uscita è collegata al retro della ceramica piezoelettrica. Dopo che il dispositivo di polarizzazione è stato energizzato, le ceramiche piezoelettriche vengono simultaneamente polarizzate nella stessa direzione.

2 struttura complessiva
Oltre alla polarizzazione termica comunemente usata, il Il processo di polarizzazione dell'asta di quarzo in cristallo piezoceramico ha anche una polarizzazione ad alta temperatura e bassa tensione, un processo di polarizzazione risonante e simili. Diversi processi di polarizzazione hanno requisiti di progettazione diversi per i dispositivi di polarizzazione. Con la premessa di soddisfare i requisiti di polarizzazione, per rendere il dispositivo di polarizzazione progettato semplice e affidabile, il funzionamento è semplice, viene scelto il processo di polarizzazione termica, ovvero la ceramica piezoelettrica da polarizzare viene posta nell'olio siliconico e riscaldata a 100 ° C ~ 150 ° C, quindi la corrente viene applicata attraverso la ceramica piezoelettrica in modo che i domini siano allineati il ​​più possibile nella direzione del campo elettrico esterno ed eliminati dopo un periodo di tempo. Il meccanismo di polarizzazione è semplicemente sotto l'azione di un forte campo elettrico CC, le regioni di polarizzazione originariamente orientate in modo caotico (domini elettrici) sono disposte in un ordine lungo la direzione del campo elettrico. Dopo la rimozione del campo elettrico, i domini nel corpo ceramico mantengono ancora una certa direzione lungo il campo elettrico. Pertanto, il policristallo isotropo (non vi è alcuno spostamento del centro di gravità elettrico e nessuna piezoelettricità) diventa un policristallo anisotropo, in modo che il corpo piezoceramico abbia proprietà piezoelettriche. In base ai requisiti del processo di polarizzazione termica, il dispositivo di polarizzazione deve fornire una temperatura di polarizzazione costante, un campo elettrico di polarizzazione adeguato e una distribuzione del campo elettrico desiderata. Secondo i requisiti di progettazione, il dispositivo di polarizzazione ceramica piezoelettrica dovrebbe essere costituito principalmente dalle seguenti tre parti:
1 circuito di riscaldamento. Principalmente tramite riscaldatore, termoregolatore. È costituito da una scanalatura polarizzante.
Circuito generatore di alta tensione a 2 polarizzazioni.
3 dispositivo di distribuzione del campo elettrico.

3 termoregolatore
Il sistema si basa sul microcontrollore come nucleo per gestire e coordinare l'intero controller. Utilizza il sensore di temperatura come componente di misurazione della temperatura, il circuito V/F come conversione A/D, forte capacità anti-interferenza. Nel termoregolatore, funzioni come l'impostazione e l'esecuzione della temperatura e dei parametri di controllo possono essere eseguite tramite una tastiera e un circuito di visualizzazione. Il programma del controller adotta l'algoritmo. Il principio di controllo consiste nel trovare innanzitutto il valore di deviazione della misurazione della temperatura di polarizzazione e della temperatura impostata, quindi elaborare il valore di deviazione per ottenere un segnale di controllo per regolare il rapporto di lavoro del segnale di uscita, regolando così il rapporto del tempo di riscaldamento in un certo periodo utilizzato per controllare la temperatura del bagno di polarizzazione. Il processo di funzionamento del sistema è il seguente: il segnale di temperatura viene convertito in un segnale di tensione da un sensore di temperatura integrato, e il segnale di tensione viene amplificato e filtrato per eseguire la conversione tensione-frequenza, e si ottiene un treno di impulsi compatibile con il circuito logico, e la frequenza degli impulsi e la temperatura sono accuratamente proporzionali. Dopo che l'impulso è stato isolato dal fotoaccoppiatore, viene immesso nel microcomputer a chip singolo. Dopo che il programma è stato elaborato, è possibile ottenere il valore della temperatura attuale. La temperatura viene confrontata con il valore impostato della temperatura per ottenere la deviazione della temperatura. La quantità di controllo viene calcolata dall'algoritmo e controllata. Il tempo di accensione della tensione applicata al riscaldatore per raggiungere lo scopo di controllo della temperatura.

Circuito generatore di alta tensione a 4 polarizzazioni
La funzione dell'alta tensione di polarizzazione Il circuito di generazione del trasduttore a disco piezoelettrico deve fornire condizioni di campo elettrico adeguate per la polarizzazione, che è una parte fondamentale del dispositivo di polarizzazione ceramica piezoelettrica. Nel circuito di generazione dell'alta tensione di polarizzazione, il trasformatore di regolazione della tensione di presa centrale e il trasformatore step-up vengono utilizzati per aumentare la potenza commerciale, emettere un'alta tensione CA e quindi rettificare attraverso un circuito raddrizzatore a ponte per ottenere l'alta tensione CC necessaria per la polarizzazione. Durante l'operazione di polarizzazione, il trasformatore di regolazione della tensione viene regolato lentamente per aumentare lentamente la tensione CC in uscita, fornendo un campo elettrico CC adatto per la polarizzazione. Nell'esperimento di polarizzazione, si è riscontrato che quando la tensione di uscita viene regolata su un determinato valore, la tensione di uscita diminuirà lentamente man mano che il processo di polarizzazione procede. Per mantenere stabile il processo di polarizzazione, ne abbiamo bisogno regolando il trasformatore di regolazione della tensione, la tensione di ingresso viene continuamente aumentata per stabilizzare la tensione di uscita.

5 Conclusione
La ricerca mostra che la costante piezoelettrica d33 di ciascuna zona di ceramica piezoelettrica polarizzata simultaneamente nella stessa direzione è più coerente e uniforme, il che è vantaggioso per migliorare l'efficienza di uscita del motore a ultrasuoni. Al fine di migliorare la piezoelettricità della ceramica piezoelettrica e migliorare le prestazioni del motore a ultrasuoni, l'autore ha effettuato ricerche di base sul dispositivo di polarizzazione del dispositivo piezoelettrico e ha ottenuto determinati risultati, ma l'ulteriore miglioramento delle prestazioni della ceramica piezoelettrica dipenderà anche dai seguenti aspetti del lavoro:

1 Ulteriore studio dei materiali ceramici piezoelettrici, migliorando il processo di preparazione e le proprietà dei materiali.
2 Studiare nuovi metodi di polarizzazione e cercare di massimizzare le prestazioni dei materiali.
3 Migliorare il circuito di generazione dell'alta tensione di polarizzazione per migliorare la qualità dell'alimentazione e la gamma di alimentazione.
4 Attraverso esperimenti sono state ricercate le condizioni ottimali di polarizzazione per diverse ceramiche piezoelettriche.