d33 parameter testapparaatontwerp van piëzo-keramiek

Dit ontwerp maakt gebruik van een microcomputer met één chip als besturings- en parameterberekeningscircuit. De signaalgenerator voert een continu analoog excitatiefrequentiesignaal uit, dat wordt toegepast op de piëzo-elektrische keramiek, die de spanning en stroomamplitude van het analoge signaal detecteert, omzet in een digitaal signaal en naar de microcontroller stuurt. De meetspanning. De huidige systeem-, frequentie-resonante en anti-resonante frequentieparameters worden berekend om het systeemfunctieprogramma te verkrijgen, inclusief externe data-acquisitie, excitatiesignaalacquisitie, resonantie- en anti-resonante frequentieberekening, d33-parameterberekening, foutstatusverwerking en alarm, enz. Het excitatiesignaal en detectiecircuit uitgevoerd door de signaalgenerator. De frequentie van het excitatiesignaal ligt tussen 35 en 45 kHz. Resonante fr en anti-resonante frequentie fa van piëzokeramische cilindertransducers worden verkregen via het frequentieveegprogramma. De relatie tussen weerstand R, inductantie L, capaciteit C en spanning en stroom kan worden gebruikt om d33 van piëzo-elektrische keramiek te verkrijgen volgens de formule.

Structureel diagram van het drukaanpassingsgedeelte. De systeemhardware bestaat uit drukdetectie en -aanpassing met één chip, frequentie-sweepsignaaluitvoer en resonantiefrequentieberekening. Het drukaanpassingsgedeelte vergelijkt het druksignaal met de ingestelde waarde om de voorwaartse en achterwaartse loopstatus van de motor te bepalen.

Het werkproces is als volgt: een computereenheid met één chip, drukdetectie en aanpassingsfrequentie-sweepsignaaluitvoer en resonantiefrequentiedetectieberekening, om de berekening van d33 te bereiken. Om de meetnauwkeurigheid te verbeteren, selecteert u de frequentie 35 ~ 45 kHz die door de signaalgenerator wordt uitgevoerd voor gegevensmeting, conversie en opname, en berekent u uiteindelijk d33. Er kunnen drie onbekenden R, L en C in de vergelijking worden verkregen (voornamelijk C-parameters). De specifieke waarde van d33 wordt berekend om de piëzo-elektrische spanningsconstante d33 te verkrijgen.

Het testcircuit maakt gebruik van de transmissielijnmethode. Omdat de capaciteit van de voorraad piëzo-elektrische keramiek zelf is klein, de verhouding van de verdeelde capaciteit tot de vrije capaciteit Cr van het armatuur en het testsysteem mag niet groter zijn dan 1/10, anders moeten de testresultaten worden gecorrigeerd. De methode vereist d33 om de geometrische afmetingen van het monster als volgt te testen: de verhouding van de lengte L tot de breedte W van de plaatvormige keramische plaat, dat wil zeggen L / W> 5, om te zorgen voor een enkele longitudinale lengte van de plaatvormige piëzo-keramische plaat in een modus waarin trillingen worden uitgerekt en andere worden vermeden. De interferentie van de trillingsmodus op de testresultaten; anders zullen er parasitaire pieken in de resonantiecurve verschijnen, waardoor het moeilijk wordt om de resonantiefrequentie te bepalen. Bekend monstermateriaal bulkdichtheid ρ (kg / m3), vrije capaciteit CT (F) (inclusief de totale statische en dynamische capaciteitswaarden van de plaatachtige piëzo-keramische plaat gemeten bij lage frequentie C ,, C en C, dat is C. + C₁.), lengte L (mm), dikte d (mm), breedte W (mm), monsterelektrodeoppervlak S (mm²), de serieresonantiefrequentie fs (Hz) van het monster wordt gedetecteerd door een vegend excitatiesignaal toe te voegen, en de parallelle resonantiefrequentie fp (Hz) om de d33-waarde te berekenen. Bij de berekening van d33 moeten tijd en frequentie nauwkeurig zijn. Door nauwkeurige meting van fs en fp. Het is moeilijk, dus u kunt de V-vormige netwerktransmissiemethode gebruiken om de maximale resonantiefrequentie en anti-resonantiefrequentie te meten. Hier kunnen fs en fp worden vervangen door fr en fa.

Testexperiment en analyse

Twee groepen L * W * d met 5 H elk van 20 mm x 5 mm x 1 mm en 60 mm x 5 mm x 1 mm te testen piëzo-elektrische keramiek werden toegepast met een gegeven druk van 0,5 N voor testexperimenten. De overeenkomstige d33 wordt verkregen door het detecteren en berekenen van de parameters (R, L, C) van de piëzo-elektrische keramische plaat. Het testfrequentiesignaal (35 ~ 45 kHz) dat wordt toegepast in het detectieproces wordt elke keer aangepast voor de signaalfrequentie, namelijk (40 ± 0,5 × n) kHz. De microcomputer met één chip bemonstert en verkrijgt de stroom- en spanningswaarden van de excitatiesignalen met verschillende frequenties, en detecteert en berekent R, L, C en d33.

De d33-parametertestberekening van het te testen monster wordt vergeleken met de test met een standaard d33-parametermeetinstrument. De resultaten laten zien dat het bereik tussen de maximale en minimale waarden van de testresultaten stabiel is binnen een acceptabel bereik, en dat de fout minder dan 5% bedraagt ​​in vergelijking met de waarde verkregen door de standaardtester. De parameters (R, L, C) van de piëzokeramische chip verkregen uit de daadwerkelijke detectie komen goed overeen met de parameters gemeten door het standaard meetinstrument, wat de testefficiëntie effectief verbetert en voorwaarden schept voor het daaropvolgende online meetalgoritme en apparaatontwerp.