Nyheter

Du er her: Hjem / Nyheter / Grunnleggende om piezoelektrisk keramikk / Dempende egenskaper ved elektromekanisk kobling mellom piezokeramikkkrystall og elektrisk krets

Dempende egenskaper ved elektromekanisk kobling mellom piezokeramikkkrystall og elektrisk krets

Visninger: 4 Forfatter: Nettstedredaktør Publiseringstidspunkt: 2020-03-05 Opprinnelse: nettsted

Spørre

Piezoelektrisk keramikk, som et nytt funksjonelt keramisk materiale, som har blitt mye brukt i de mange tekniske feltene, inkludert applikasjonen innen strukturell vibrasjonskontroll. På grunn av sin evne til å transformere mekanisk energi og elektrisk energi, kan den bygges inn i systemet som en ultralydsensor eller aktuator for aktiv kontroll av strukturell vibrasjon. Når piezoelektriske keramiske materialer og eksterne kretser danner en lukket krets, på grunn av den mekaniske og elektriske koblingen, vil den vise noen dempende egenskaper, som kan brukes til passiv kontroll av strukturer.

I 1979 foreslo Forward først muligheten for å bruke piezoelektrisk keramikk parallelt med kretskomponenter for vibrasjonskontroll, og deretter hagood og von , I denne artikkelen er de mekaniske og elektriske koblingsegenskapene til piezoelektrisk keramikk og eksterne kretser teoretisk modellert, og påvirkningen av PZT piezokeramisk rør på utkragende kretsresistans i serier og parallelle kretsmotstander når de er forbundet med renduktiv kretsresistans. De eksperimentelle resultatene stemmer godt overens med de teoretiske resultatene, som systematisk beviser gjennomførbarheten av piezoelektrisk keramikk og eksterne kretser parallelt for vibrasjonskontroll. Siden den gang har mange forskere begynt å satse på dette feltet.

For bedre å kunne anvende dempingsegenskapene til ultralydnivåtransduser til vibrasjonskontroll, basert på forskningsarbeidet i denne artikkelen, er det etablert en teoretisk modell av dempingsegenskapene til parallellkobling av piezoelektrisk keramikk med motstandsinduktans- og motstandskapasitanskretser, og den teoretiske modellen er verifisert basert på utkragningssystemet, som gir et teoretisk grunnlag for anvendelsen av passiv feltkontroll funnet i passiv feltstyring.

Dempingsegenskaper for parallell piezoelektrisk keramikk

Piezoelektriske keramiske materialer har egenskapen til å konvertere mekanisk energi til elektrisk energi. Når piezoelektrisk keramikk utsettes for ytre kraft, vil overflaten produsere elektrisk ladning. Hvis den piezoelektriske keramikken er i kretstilstand, vil ladningen samle seg på overflaten av den piezoelektriske keramikken. Når piezoelektrisk keramikk danner en tett krets med den eksterne kretsen, vil en del av den elektriske ladningen forbrukes i form av varmeenergi av impedansen i kretsen, det vil si at en del av den mekaniske energien frigjøres i form av varmeenergi. Dette er mekanismen som piezoelektrisk keramikk og eksterne kretser er koblet parallelt for passiv vibrasjonskontroll.

1.2 teoretisk modell

Fra et elektrisk synspunkt kan piezoelektrisk keramikk forenkles som en seriemodell av en spenningskilde og en kondensator. Det er en tilsvarende elektrisk modell av piezokeramikk parallelt med den eksterne kretsen. Den elektriske impedansen til systemet når den eksterne kretsen er lukket eller åpen. Den mekaniske impedansen tilsvarer den mekaniske stivheten til piezoelektriske materialer. Derfor kan dempingsegenskapene til parallell piezoelektrisk keramikk, energidissipasjonsfaktoren ŋ og stivhetsforholdet e defineres henholdsvis. Når de eksterne kretsene er henholdsvis motstandsinduktans parallellkrets og motstand negativ kapasitans seriekrets, kan materialdempingsegenskapsmodellen for piezoelektrisk keramikk oppnås: den elektromekaniske koblingskoeffisienten til piezoelektrisk keramikk, arbeidsfrekvens og vibrasjonsfaktor er alle relatert. Dempingsegenskapene til parallell piezoelektrisk keramikk er relatert til mange faktorer, for eksempel egenskapene til piezoelektrisk keramikk, typene eksterne kretser og spesifikke kretsparametere. Med endringen av disse faktorene viser piezoelektrisk keramikk forskjellige dempningsegenskaper.

Simuleringsforskning Basert på utkragende bjelkesystem

For å verifisere påvirkningen av kretstype og relaterte parametere på dempingsegenskapene til parallell piezoelektriske keramiske transdusere , et sett med simuleringssystem basert på utkragende stråle er designet. PZT-5 piezoelektrisk keramisk ark limes på overflaten av utkragende bjelke, overflaten av strålen er jordet, og polarisasjonsretningen til piezoelektrisk keramisk ark er vist. Blant de fire piezoelektriske keramiske arkene er to aktuatorer, som er de drivende kildene til utkragende bjelkevibrasjoner; den ene er sensoren, som reflekterer vibrasjonsintensiteten til tilsvarende posisjon på utkragerbjelken gjennom den målte spenningsverdien; den andre er parallelt med den eksterne kretsen, det første paret med piezoelektriske keramiske plater er 60 mm * 26,4 mm * 0,25 mm, og det andre paret er 50 mm * 26,4 mm * 0,25 mm. Avstanden mellom venstre ende av to par piezokeramiske brikker og den faste enden av utkragerbjelken er henholdsvis 18 mm og 100 mm. Det er et overføringsfunksjonsforhold mellom inngangsspenningen til aktuatoren og utgangsspenningen til sensoren. Ved å sammenligne overføringsfunksjonen til den eksterne parallellkretsen i åpen krets og lukket krets, kan påvirkningen av den parallelle piezoelektriske keramikken på systemvibrasjonen bestemmes.

I henhold til modellen ovenfor simuleres påvirkningen av piezoelektrisk keramikk på vibrasjonen av utkragende bjelkesystem i fire tilfeller. Det er motstand, seriemotstandsinduktans, parallell motstandsinduktans og negativ kapasitans av parallell motstand. Negativ kapasitans realiseres av negativ impedanskonverteringskrets. Parametrene til utkragingen og piezoelektrisk keramikk brukt i simuleringen involverer bare den første modusen til utkragingen, og påvirkningen av motstandsendringen på dempingsegenskapene til piezoelektrisk keramikk vurderes.

I de forskjellige parallellkretsene har piezoelektrisk keramikk stor innflytelse på vibrasjonen av utkragende bjelkesystem. For samme krets endres dempningseffekten med endring av motstandsverdi, og det er en optimal verdi fra endringstrenden. Dette samsvarer med den teoretiske modellen i forrige del. Det kan sees fra sammenligningen at dempningseffekten er minst når den er koblet parallelt med motstanden, og den sterkeste når den er koblet parallelt med seriekretsen med negativ kapasitans. For to typer motstandsinduktans-parallelle kretser er påvirkningen av piezoelektrisk keramikk på systemet lik, men følsomheten til dempingsytelsen med endringen av motstanden er ganske forskjellig. Videre, når motstanden til seriemotstandsinduktanskretsen endres fra stor til liten, og motstanden til parallellmotstandsinduktanskretsen endres fra liten til stor, er trenden for deres innflytelse på ytelsen til utkragningssystemet den samme. Med tanke på dempingsegenskapene til piezokeramikken parallelt og dens innflytelse på systemytelsen, er det gjort en omfattende sammenligning.