progettazione del dispositivo di test dei parametri d33 di ceramiche piezoelettriche

Questo progetto utilizza un microcomputer a chip singolo come circuito di controllo e calcolo dei parametri. Il generatore di segnale emette un segnale di scansione della frequenza di eccitazione analogica continua, che viene applicato alla ceramica piezoelettrica, che rileva l'ampiezza della tensione e della corrente del segnale analogico, lo converte in un segnale digitale e lo invia al microcontrollore. La tensione di misurazione Il sistema attuale, i parametri di frequenza di risonanza e anti-risonante vengono calcolati per ottenere il programma di funzionamento del sistema, inclusa l'acquisizione di dati esterni, l'acquisizione del segnale di eccitazione, il calcolo della frequenza di risonanza e anti-risonante, il calcolo dei parametri d33, l'elaborazione dello stato di guasto e l'allarme, ecc. Il segnale di eccitazione e il circuito di rilevamento emessi dal generatore di segnale. La frequenza del segnale di eccitazione va da 35 a 45kHz. Frequenza risonante fr e antirisonante fa of I trasduttori cilindrici piezoceramici sono ottenuti attraverso il programma di scansione della frequenza. La relazione tra resistenza R, induttanza L, capacità C e tensione e corrente può essere utilizzata per ottenere d33 di ceramica piezoelettrica secondo la formula.

Schema strutturale della parte di regolazione della pressione. L'hardware del sistema è costituito da rilevamento e regolazione della pressione a chip singolo, uscita del segnale di scansione della frequenza e calcolo della frequenza di risonanza. La sezione di regolazione della pressione confronta il segnale di pressione con il valore impostato per determinare lo stato di marcia avanti e indietro del motore.

Il processo di lavoro è il seguente: rilevamento della pressione dell'unità computer a chip singolo, uscita del segnale di scansione della frequenza di regolazione e calcolo del rilevamento della frequenza di risonanza, in modo da ottenere il calcolo di d33. Per migliorare la precisione della misurazione, selezionare la frequenza di uscita 35 ~ 45kHz dal generatore di segnale per la misurazione, conversione e registrazione dei dati e infine calcolare d33. Si possono ottenere tre incognite R, L e C nell'equazione (principalmente parametri C). Il valore specifico di d33 viene calcolato per ottenere la costante di deformazione piezoelettrica d33.

Il circuito di prova utilizza il metodo della linea di trasmissione. Poiché la capacità del la ceramica piezoelettrica di serie è piccola, il rapporto tra la capacità distribuita e la capacità libera Cr dell'apparecchio e del sistema di test non deve essere superiore a 1/10, altrimenti i risultati del test devono essere corretti. Il metodo richiede d33 per testare le dimensioni geometriche del campione come segue: il rapporto tra la lunghezza L e la larghezza W del foglio ceramico a forma di piastra, ovvero L / W> 5, al fine di garantire un'unica lunghezza longitudinale del foglio di ceramica piezoelettrica a forma di piastra in una modalità di allungamento delle vibrazioni ed evitando altre interferenze della modalità di vibrazione sui risultati del test; in caso contrario, nella curva di risonanza appariranno picchi parassiti che renderanno difficile la determinazione della frequenza di risonanza. Densità apparente del materiale campione nota ρ (kg / m3), capacità libera CT (F) (compresi i valori di capacità statica e dinamica totale della piastra piezoceramica a forma di piastra misurati a bassa frequenza C ,, C e C, ovvero C. + C₁.), lunghezza L (mm), spessore d (mm), larghezza W (mm), area dell'elettrodo campione S (mm²), la frequenza di risonanza in serie fs (Hz) del campione viene rilevata aggiungendo un segnale di eccitazione ampio e il parallelo Frequenza di risonanza fp (Hz) per calcolare il valore d33. Nel calcolo di d33, il tempo e la frequenza devono essere accurati. Grazie alla misurazione accurata di fs e fp. È difficile, quindi è possibile fare riferimento al metodo di trasmissione della rete a forma di V per misurare la frequenza massima di risonanza e la frequenza anti-risonanza. Qui fs e fp possono essere sostituiti da fr e fa.

Esperimento di prova e analisi

Due gruppi di ceramiche piezoelettriche L * W * d con 5 H ciascuno di 20 mm x 5 mm x 1 mm e 60 mm x 5 mm x 1 mm da testare sono stati applicati con una determinata pressione di 0,5 N per testare gli esperimenti. Il corrispondente d33 si ottiene rilevando e calcolando i parametri (R, L, C) del foglio di ceramica piezoelettrica. Il segnale della frequenza di test (35 ~ 45 kHz) applicato nel processo di rilevamento viene regolato per la frequenza del segnale ogni lo s, ovvero (40 ± 0,5 × n) kHz. Il microcomputer a chip singolo campiona e ottiene i valori di corrente e tensione dei segnali di eccitazione di diverse frequenze e rileva e calcola R, L, C e d33.

Il calcolo del test dei parametri d33 del campione da testare viene confrontato con il test utilizzando uno strumento di misurazione dei parametri d33 standard. I risultati mostrano che l'intervallo tra i valori massimo e minimo dei risultati del test è stabile entro un intervallo accettabile e l'errore è inferiore al 5% rispetto al valore ottenuto dal tester standard. I parametri (R, L, C) del chip piezoceramico ottenuti dal rilevamento effettivo sono in buon accordo con i parametri misurati dallo strumento di misura standard, il che migliora efficacemente l'efficienza del test e fornisce le condizioni per il successivo algoritmo di misurazione online e la progettazione del dispositivo.