Toegangskarakteristieken van piëzo-elektrische keramiek

De toelatingskarakteristieken worden verder geanalyseerd op basis van het verkregen equivalente schakelschema van de piëzo-elektrische keramische transducer . Om de afleiding te vereenvoudigen wordt aangenomen dat de piëzo-elektrische keramische transducer geen elektrisch verlies heeft, dat wil zeggen 0R=0, en dat het equivalente circuit een LC-circuit is. Voor de analyse van de serietak kan, afhankelijk van de definitie van de resonantiefrequentie, 1B=0, 1G=0 of 111RG= worden verkregen. Omdat de dynamische weerstand 0R van de feitelijke piëzo-elektrische keramische transducer niet nul kan zijn, kan de uitdrukking van 1G bekend zijn dat alleen 111RG voldoet aan de voorwaarde van serieresonantie. Als we vervolgens de situatie bekijken na het toevoegen van een statische condensator aan de statische capaciteit, is de toegang van de transducer equivalent aan de susceptantie van de serietak. Over het algemeen is de mechanische kwaliteitsfactor van de piëzo-elektrische keramische transducer groot, dat wil zeggen dat nabij de serieresonantiefrequentie de waarde van 00CjY varieert met de frequentie en kan worden benaderd als een constante. Daarom is het alleen nodig om de ordinaat van de toelatingscirkel, verkregen door de serietak, te verschuiven, en blijft de abscis ongewijzigd om de transducer te verkrijgen na het toevoegen van de statische condensator, en vervolgens de statische weerstand van de transducer te overwegen. Het is onwaarschijnlijk dat de feitelijke toegangscirkel de longitudinale as raakt, maar in een bepaalde mate aan de positieve richting van de horizontale as (de hoeveelheid translatieafstand hangt af van de weerstand van de statische weerstand). Een korte analyse van het toegangdiagram laat zien dat wanneer sff < s is, de susceptantiewaarde groter is dan nul. Wanneer sff gelijk is aan s, is de susceptantiewaarde kleiner dan nul. Naarmate de frequentie toeneemt, verandert de toegangscirkel daarom met de klok mee. Bovendien zijn er in de buurt van de serieresonantiefrequentie twee frequentiepunten, zodat de totale susceptantie van de transducer nul is. 

Op dit moment, nadat het vermogenssignaal door de transducer is gegaan, verandert alleen de amplitude en is er geen faseverandering, dat wil zeggen dat de spannings- en stroomsignalen in fase zijn van deze twee frequenties, de kleinere waarde van de frequentie rf wordt de resonantiefrequentie genoemd. hard materiaal piëzo-elektrisch keramiek , en de grotere af wordt de anti-resonante frequentie genoemd. Bovendien is er een frequentie mf die de toegangwaarde van de transducer maximaliseert en een frequentie nf waarbij de toegangwaarde het kleinst is. De frequentie pf op het snijpunt van de oorsprong en het serieresonantiefrequentiepunt en de toegangscirkel wordt de parallelle resonantiefrequentie genoemd. Bovendien moet er in het bijzonder op worden gewezen dat de bovenstaande bespreking wordt uitgevoerd binnen een klein frequentievariatiebereik rond een resonantiefrequentie in trillingsmodus. wanneer de diameter van de toelatingscirkel veel groter is dan de verandering van 0C in dit frequentiebereik. Het is correct, anders zal de toelatingskromme van de transducer erg ingewikkeld worden, met de kenmerken van de wijnstokcurve. Volgens het afleidingsproces van het bovenstaande toelatingsdiagram wordt de relatie tussen elke parameter en het toelatingsdiagram in het equivalente circuit van de piëzo-elektrische keramische transducer hieronder geïntroduceerd en worden de respectieve berekeningsformules gegeven. In het toelatingsdiagram van de transducer is de diameter evenwijdig aan de lengteas gemaakt en is de toegang afgerond op twee punten, die respectievelijk worden aangegeven als 1f en 2f. Bij 1f zijn de dynamische geleidings- en susceptantiewaarden van de serietakken gelijk.

Dit blijkt uit de bovenstaande theoretische afleiding van de correlatiefunctiemethode. Het meetprincipe en het faseverschil van de Pzt4 piëzokeramische cilindermeetsignalen zijn onafhankelijk van de frequentie van het signaal. Dat wil zeggen dat de correlatiefunctiemethode niet wordt beïnvloed door de frequentie en kan worden gebruikt om het faseverschil van het signaal met de onbekende frequentie te meten. Tegelijkertijd is de afleiding van de correlatiefunctiemethode gebaseerd op een sinusoïdale functie. Daarom kan het alleen worden gebruikt om sinus- of cosinussignalen te meten, en kan het geen algemene periodieke signalen meten.

Omdat het ruisinterferentiesignaal van kolom piëzo-elektrisch keramiek is niet gecorreleerd met het originele signaal, de correlatiefunctiemethode kan ruisinterferentie effectief onderdrukken. Als er echter een sterk correlatie-interferentiesignaal in het systeem aanwezig is en de signaal-ruisverhouding relatief laag is, zal de meetfout van de correlatiefunctiemethode relatief groot zijn. Uit de uiteindelijke berekeningsformule van de discrete reeks van de correlatiefunctiemethode blijkt dat het berekeningsresultaat gerelateerd is aan het aantal punten, dat wil zeggen dat de omvang van de meetfout gerelateerd is aan het aantal bemonsteringspunten, en het grotere aantal bemonsteringspunten ligt dichter bij de werkelijke waarde van het berekeningsresultaat. De meetfout is kleiner. Gebaseerd op de bovenstaande analyse van de kenmerken van de correlatiefunctiemethode, kan worden gezien dat de correlatiefunctiemethode een sterk onderdrukkingsvermogen heeft voor DC-offset en ruis in het bemonsterde conversiesignaal. De fout komt voornamelijk doordat het monster met eindige lengte wordt gebruikt in plaats van Gaussiaans wit. De ruis-AD-kwantiseringsfout zorgt ervoor dat het gedetecteerde sinusoïdale signaal niet volledig ongecorreleerd is met het ruissignaal. Daarom is de meetfout van de correlatiefunctiemethode gerelateerd aan het aantal bits van de A/D-conversie, de signaal-ruisverhouding van het signaal heeft het aantal acquisitiepunten.

De beperkte kleinste-kwadratencurve-aanpassing van de toegangscirkel is dat we de geleidings- en susceptantiewaarden van de piëzo-elektrische transducer bij elke testfrequentie hebben verkregen en het toegangscirkeldiagram hebben getekend, maar dit is niet genoeg. 

Dit blijkt uit de berekeningsformule van de verschillende parameters van de piëzo-elektrische schijven piëzo-keramisch equivalent circuit dat we ook nodig hebben om de waarde van het middelpunt en de straal van de toegangscirkel te verkrijgen. Om dit te doen, is het noodzakelijk om een ​​cirkelvormige curve uit te voeren op de verkregen discrete punten. Er zijn veel manieren om een ​​cirkel te passen. Veelgebruikte methoden zijn de gemiddelde methode, de gewogen gemiddelde methode en de kleinste kwadratenmethode. Het idee van de gemiddelde methode is om de gemiddelde waarde van de horizontale en verticale coördinaten van elk afzonderlijk punt afzonderlijk te berekenen, en als de horizontale en verticale coördinaten van het middelpunt van de cirkel wordt de gemiddelde waarde van de afstand van het middelpunt van de cirkel tot elk afzonderlijk punt genomen als de straal. Deze methode is eenvoudig te berekenen en is geschikt voor het geval waarin de discrete punten uniformer verdeeld zijn. In het geval van een ongelijkmatige verdeling zal de berekende middenpositie echter verschuiven naar de kant waar de discrete punten dicht verdeeld zijn, en zal de berekende waarde van de straal te klein zijn. De gewogen gemiddelde methode is een verbetering van de gemiddelde methode. Het voegt een coëfficiënt toe die gerelateerd is aan de booglengte tussen twee aangrenzende punten bij het berekenen van de middencoördinaten, waardoor de invloed van een ongelijkmatige verdeling van discrete punten wordt verminderd en de fout wordt verminderd. Omdat de booglengte tussen twee aangrenzende punten echter niet nauwkeurig kan worden verkregen (in de praktijk wordt de afstand tussen twee punten gebruikt), is de fout nog steeds groot. De kleinste kwadratenmethode heeft daarentegen een hogere nauwkeurigheid.