Prinsip kerja asas dan ciri-ciri pengubah seramik piezoelektrik berbilang lapisan

Penggunaan kesan piezoelektrik songsang digunakan terutamanya untuk buzzer piezoelektrik, seperti kad muzik, loceng pintu, alat kelui. Prinsip kerja asas ialah apabila medan elektrik berselang-seli digunakan pada kepingan seramik piezoelektrik, kepingan seramik piezoelektrik menghasilkan ubah bentuk atau getaran yang sepadan, dan apabila frekuensi getaran berada dalam jalur audio, bunyi yang sepadan dikeluarkan.

Struktur asas pengubah seramik piezoelektrik adalah untuk menggabungkan aplikasi buzzer piezoelektrik dengan aplikasi penyala piezoelektrik untuk membentuk resonator piezoelektrik. Pada satu hujung buzzer (dipanggil hujung pemacu), voltan ulang-alik sinusoidal dihasilkan yang konsisten dengan frekuensi resonan pengubah piezoelektrik. Resonator piezoelektrik menjana getaran dan dihantar ke satu hujung penyala (dipanggil hujung penjanaan kuasa), mengakibatkan voltan sinusoidal berterusan bergantung pada ciri-ciri struktur pengubah piezoelektrik, dan boleh menjadi input voltan rendah, keluaran voltan tinggi (jenis boost), atau input voltan tinggi, keluaran voltan rendah (jenis buck). Penghantaran isyarat boleh dicapai dengan menambah modulasi frekuensi rendah melalui modem pada voltan pemacu frekuensi tinggi.

Aplikasi kedudukan tepat kepingan seramik piezoelektrik dalam proses kawalan industri. Berikutan penemuan kesan piezoelektrik, seramik piezoelektrik pertama kali berfungsi sebagai peranti elektroakustik atau akustik, dan terdapat banyak aplikasi, seperti penderia akustik dan penderia kejutan. Ia biasanya digunakan dalam bidang mengukur getaran, gegaran, dan sebagainya. Tiada aplikasi matang untuk pengukuran kedudukan yang tepat. peralatan industri dalam tuala kawalan gerakan, untuk kawalan kedudukan ketepatan tinggi, bahagian sensor terbaik adalah pelbagai pengekod, yang bukan sahaja boleh mencapai ketepatan 0.01 mm atau bahkan mikron dengan mudah, tetapi juga boleh mengumpul data kedudukan dalam keseluruhan proses gerakan. Walau bagaimanapun, lalat adalah bahawa ia mahal. Penderia optik biasa biasanya terdiri daripada LED merah dan fototransistor, setiap satunya menggunakan celah lebar tertentu untuk mengehadkan saiz rasuk yang dipancarkan dan diterima. Oleh itu, ciri penghantaran tiub fotosensitif dan saiz rasuk secara langsung menentukan ketepatan sensor.

Di bawah keperluan ketepatan tinggi, hasil pengesanan biasa transduser plat seramik piezo sangat kabur. Walaupun selepas pembentukan digital, disebabkan oleh pengaruh hanyut titik kerja dan gangguan persekitaran luaran, kami tidak dapat memperoleh hasil pengesanan berulang yang stabil. Oleh itu, penderia optik tersebut biasanya digunakan untuk keperluan ketepatan 0.5 mm atau kurang diperlukan untuk kedudukan mekanikal am. Untuk menyesuaikan diri dengan ketepatan motor stepper 0.1 mm atau lebih, secara teorinya diperlukan untuk mengurangkan lagi lebar celah. Sebenarnya ia adalah terlalu kecil lebar celah. Peranti fotosensitif tidak akan dapat memperoleh fluks bercahaya yang mencukupi, supaya tiub fotosensitif tidak boleh dihidupkan, dan dengan itu pergerakan halangan tidak dapat dikesan. Penderia aruhan elektromagnet lain, seperti suis kedekatan dan penderia dewan, memerlukan logam atau bahan feromagnetik yang bergerak untuk mendekati permukaan penderiaan. Dalam julat jarak tertentu, tahap pertengahan yang terhasil disahkan sebagai keadaan flip. Walau bagaimanapun, julat jarak ini agak kabur dan rawak, dan kebolehulangan keputusan ujian juga akan dipengaruhi oleh faktor seperti keadaan litar khusus, persekitaran sekeliling dan kelewatan tindak balas, jadi ia tidak boleh digunakan untuk mengawal kedudukan ketepatan tinggi. Atas sebab-sebab ini, kedudukan ketepatan hampir mikron setakat ini hampir bukan pengekod, dan peranti yang boleh menggunakan tahap ketepatan sedemikian secara amnya adalah murah, tanpa mengira faktor harga kos penderia. Walau bagaimanapun, motor stepper yang murah memberikan ketepatan pemacu yang cukup tinggi, seperti sudut langkah terburuk 1.8 darjah, yang boleh diperoleh dengan pemacu skru plumbum yang lebih kasar (10mm/360*1.8=) . Ketepatan kawalan 0.5mm, dalam sistem elektromekanik murah yang terdiri daripada motor loncatan, bagaimana untuk merealisasikan kawalan kedudukan sensor yang murah dan boleh menandingi ketepatan motor loncatan. Menggunakan kepingan seramik piezoelektrik dalam kesan potensi membolehkan penyelesaian kawalan kedudukan yang murah dan tepat. Di bawah ialah pelan permohonan. Untuk menjelaskan kebolehlaksanaan dan kaedah pelaksanaannya. Andaikan bahawa platform kerja bermula dari kedudukan awal, bergerak pada jarak tertentu, dan kemudian kembali ke kedudukan awal untuk melengkapkan kitaran kerja. Di sini, pemacu motor stepper digunakan, dengan pecutan permulaan yang betul dan nyahpecutan brek untuk memastikan langkah terkecil yang mungkin di luar langkah, supaya sebarang kedudukan tepat platform kerja boleh dicapai hanya kawalan gelung terbuka motor stepper. Memasang bahagian piezoelektrik pada kedudukan titik permulaan bukan sahaja menyediakan kedudukan rujukan awal kepada sistem, tetapi juga membenarkan kehilangan terkumpul di luar kawalan, gangguan, dan lain-lain semasa proses pemanduan dengan mengembalikan setiap kitaran kerja platform kepada kedudukan set semula. Membuat setiap kitaran kerja bermula pada kedudukan tetapan semula yang tepat. Walaupun isyarat elektrik penderia tetapan semula dijana oleh hentaman mekanikal, hentaman boleh dibuat tidak merosakkan dengan langkah-langkah berikut: (1) Hentaman berkelajuan rendah: Apabila gerakan menghampiri kedudukan tetapan semula, kelajuan menjadi perlahan, yang dikenali sebagai lejang. Kawalan gerakan pecutan dan nyahpecutan boleh direalisasikan. Dalam kes perjalanan yang tidak diketahui, anda boleh mengekalkan keseluruhan gerakan perlahan untuk mendekati kedudukan set semula; (2) Penampan impak: anggota impak ditambah dengan getah atau spring ke penampan, melaraskan pramuat yang sesuai, yang boleh diperolehi sebelum elemen kusyen jelas berubah bentuk. Isyarat elektrik yang menyerang output, kesan kusyen mengurangkan ketegaran impak dan memanjangkan hayat perkhidmatan sensor. Apabila sistem di luar kawalan, bergantung kepada sama ada motor disekat atau tidak, ukuran berikut boleh diambil untuk mengelakkan berlakunya pelarian. (1) Penyekatan keras: Apabila sistem pemacu motor dibenarkan untuk menyekat, menggunakan had mekanikal tegar untuk mengehadkan pergerakan berterusan selepas memberi kesan kepada seramik piezoelektrik; (2) Lintasan fleksibel: dalam kes tidak membenarkan penyekatan, gunakan spring/goncang Mekanisme seperti rod dimuatkan dengan tukul. Apabila ia di luar kawalan, mekanisme boleh bergerak merentasi penderia, platform terus bergerak ke hadapan, dan suis perjalanan kecemasan ditambah untuk memotong sumber kuasa yang sepadan, atau ukuran lain untuk menamatkan operasi yang tidak normal.