Penyelidikan tentang Peranti Polarisasi Seramik Piezoelektrik untuk Motor Ultrasonik

1 Cadangan polarisasi
Motor ultrasonik jenis gelombang pengembaraan bergantung pada gelombang pengembaraan dalam badan elastik untuk mendapatkan momen putaran oleh geseran antara pemutar. Mengikut prinsip kerja asas motor ultrasonik jenis gelombang pengembaraan, kaedah konvensional yang digunakan untuk penggetar piezoelektrik adalah dengan membahagikan dahulu mengikut mod getaran, berapa banyak sekatan, dan berapa kali polarisasi. Kajian mendapati bahawa polarisasi penggetar piezoelektrik ini mempunyai kelemahan utama. Oleh kerana polarisasi berbilang, kesan polarisasi sekatan selepas polarisasi adalah berbeza, jadi amplitud gelombang lentur yang teruja oleh dua set penggetar piezoelektrik tidak dapat diseimbangkan. Pada masa ini, pekali geseran antara pemutar dan stator adalah lebih rendah, sekali gus menjejaskan kecekapan output motor. Untuk menyelesaikan masalah di atas dan meningkatkan keseragaman polarisasi, makalah ini mencadangkan mod polarisasi isotropik serentak. Pertama, seramik piezoelektrik mula-mula dibahagikan, dan kemudian kekutuban positif voltan keluaran litar penjana voltan tinggi disambungkan kepada partition polarisasi positif seramik piezoelektrik melalui peranti pengedaran medan elektrik; kekutuban negatif voltan keluaran disambungkan ke belakang seramik piezoelektrik. Selepas peranti polarisasi ditenagakan, seramik piezoelektrik dipolarisasi secara serentak dalam arah yang sama.

2 struktur keseluruhan
Sebagai tambahan kepada polarisasi haba yang biasa digunakan, yang proses polarisasi rod kuarza kristal seramik piezo juga mempunyai suhu tinggi dan polarisasi voltan rendah, proses polarisasi resonan, dan seumpamanya. Proses polarisasi yang berbeza mempunyai keperluan reka bentuk yang berbeza untuk peranti polarisasi. Di bawah premis untuk memenuhi keperluan polarisasi, untuk menjadikan peranti polarisasi yang direka bentuk mudah dan boleh dipercayai, operasinya mudah, mereka memilih proses polarisasi haba, iaitu, seramik piezoelektrik yang akan dipolarisasi diletakkan di dalam minyak silikon dan dipanaskan hingga 100 ° C ~ 150 ° C, dan kemudian arus yang digunakan merentasi seramik piezoelektrik luaran sejauh mungkin ke arah seramik piezoelektrik. medan elektrik dan dibawa keluar selepas satu tempoh masa. Mekanisme polarisasi hanya di bawah tindakan medan elektrik DC yang kuat, kawasan polarisasi yang berorientasikan huru-hara asalnya (domain elektrik) disusun dalam susunan sepanjang arah medan elektrik. Selepas medan elektrik dialih keluar, domain dalam badan seramik masih mengekalkan arah tertentu di sepanjang medan elektrik. Oleh itu, polihablur isotropik (tiada pengimbangan pusat graviti elektrik dan tiada piezoelektrik) menjadi polihablur anisotropik, supaya badan seramik piezo mempunyai sifat piezoelektrik. Mengikut keperluan proses polarisasi haba, peranti polarisasi perlu menyediakan suhu polarisasi malar, medan elektrik polarisasi yang sesuai dan taburan medan elektrik yang dikehendaki. Mengikut keperluan reka bentuk, peranti polarisasi seramik piezoelektrik harus terdiri daripada tiga bahagian berikut:
1 litar pemanasan. Terutamanya oleh pemanas, pengawal suhu. Ia terdiri daripada alur polarisasi.
2 polarisasi litar penjanaan voltan tinggi.
3 peranti pengedaran medan elektrik.

3 pengawal suhu
Sistem ini berasaskan mikropengawal sebagai teras untuk mengurus dan menyelaraskan keseluruhan pengawal. Ia menggunakan sensor suhu sebagai komponen pengukur suhu, litar V/F sebagai penukaran A/D, keupayaan anti-gangguan yang kuat. Dalam pengawal suhu, fungsi seperti menetapkan dan menjalankan parameter suhu dan kawalan boleh dilakukan oleh papan kekunci dan litar paparan. Program pengawal menggunakan algoritma. Prinsip kawalan adalah untuk terlebih dahulu mencari nilai sisihan mengukur suhu polarisasi dan suhu yang ditetapkan, dan kemudian memproses nilai sisihan untuk mendapatkan isyarat kawalan untuk melaraskan nisbah tugas isyarat keluaran, dengan itu menyesuaikan nisbah masa pemanasan dalam tempoh tertentu digunakan untuk mengawal suhu mandi polarisasi. Proses kerja sistem adalah seperti berikut: isyarat suhu ditukar menjadi isyarat voltan oleh sensor suhu bersepadu, dan isyarat voltan dikuatkan dan ditapis untuk melakukan penukaran frekuensi voltan, dan kereta api nadi yang serasi dengan litar logik diperoleh, dan frekuensi nadi dan suhu adalah berkadar dengan tepat. Selepas nadi diasingkan oleh optocoupler, ia dimasukkan ke dalam mikrokomputer cip tunggal. Selepas program diproses, nilai suhu semasa boleh diperolehi. Suhu dibandingkan dengan nilai set suhu untuk mendapatkan sisihan suhu. Kuantiti kawalan dikira oleh algoritma dan dikawal. Masa hidup-mati voltan yang digunakan pada pemanas untuk mencapai tujuan mengawal suhu.

4 polarisasi litar penjanaan voltan tinggi
Fungsi polarisasi voltan tinggi litar penjanaan transduser cakera piezoelektrik adalah untuk menyediakan keadaan medan elektrik yang sesuai untuk polarisasi, yang merupakan bahagian penting peranti polarisasi seramik piezoelektrik. Dalam litar penjanaan voltan tinggi polarisasi, pengubah pengawal selia voltan mengetuk pusat dan pengubah langkah naik digunakan untuk meningkatkan kuasa komersial, mengeluarkan voltan tinggi AC, dan kemudian membetulkan melalui litar penerus jambatan untuk mendapatkan voltan tinggi DC yang diperlukan untuk polarisasi. Semasa operasi polarisasi, pengubah pengawal selia voltan dilaraskan perlahan-lahan untuk meningkatkan voltan DC keluaran secara perlahan, menyediakan medan elektrik DC yang sesuai untuk polarisasi. Dalam eksperimen polarisasi, didapati bahawa apabila voltan keluaran dilaraskan kepada nilai tertentu, voltan keluaran akan perlahan-lahan jatuh apabila proses polarisasi berlangsung. Untuk memastikan proses polarisasi stabil, kita memerlukannya dengan melaraskan pengubah pengawal selia voltan, voltan input terus meningkat untuk menstabilkan voltan keluaran.

5 Kesimpulan
Penyelidikan menunjukkan bahawa pemalar piezoelektrik d33 setiap zon seramik piezoelektrik terpolarisasi serentak dalam arah yang sama adalah lebih konsisten dan seragam, yang bermanfaat untuk meningkatkan kecekapan output motor ultrasonik. Untuk meningkatkan piezoelektrik seramik piezoelektrik dan meningkatkan prestasi motor ultrasonik, penulis telah menjalankan penyelidikan asas pada peranti polarisasi peranti piezoelektrik dan mencapai hasil tertentu, tetapi peningkatan selanjutnya prestasi seramik piezoelektrik juga akan bergantung pada aspek kerja berikut:

1 Kajian lanjut tentang bahan seramik piezoelektrik, menambah baik proses penyediaan dan sifat bahan.
2 Kaji kaedah polarisasi baharu dan cuba memaksimumkan prestasi bahan.
3 Memperbaiki litar penjanaan voltan tinggi polarisasi untuk meningkatkan kualiti kuasa dan julat bekalan.
4 Melalui eksperimen, keadaan polarisasi optimum untuk seramik piezoelektrik yang berbeza telah dicari.