Badania nad piezoelektrycznym ceramicznym urządzeniem polaryzacyjnym do silnika ultradźwiękowego

1 Proponowana polaryzacja
Silnik ultradźwiękowy typu fala biegnąca wykorzystuje falę biegnącą w elastycznym korpusie w celu uzyskania momentu obrotowego poprzez tarcie pomiędzy wirnikiem. Zgodnie z podstawową zasadą działania silnika ultradźwiękowego typu fali bieżącej, konwencjonalną metodą przyjętą dla wibratora piezoelektrycznego jest pierwszy podział zgodnie z trybem wibracji, liczbą przegród i liczbą polaryzacji. Badanie wykazało, że taka polaryzacja wibratorów piezoelektrycznych ma poważne wady. Ze względu na wielokrotną polaryzację efekty polaryzacyjne przegród po polaryzacji są różne, dlatego nie można zrównoważyć amplitud fal zginających wzbudzanych przez dwa zestawy wibratorów piezoelektrycznych. W tym momencie współczynnik tarcia pomiędzy wirnikiem a stojanem jest niższy, co wpływa na wydajność wyjściową silnika. Aby rozwiązać powyższe problemy i poprawić równomierność polaryzacji, w artykule zaproponowano jednoczesny tryb polaryzacji izotropowej. Po pierwsze, ceramika piezoelektryczna jest najpierw dzielona, ​​a następnie dodatnia polaryzacja napięcia wyjściowego obwodu wytwarzającego wysokie napięcie jest połączona z przegrodą o dodatniej polaryzacji ceramiki piezoelektrycznej poprzez urządzenie do dystrybucji pola elektrycznego; ujemna polaryzacja napięcia wyjściowego jest połączona z odwrotną stroną ceramiki piezoelektrycznej. Po zasileniu urządzenia polaryzacyjnego ceramika piezoelektryczna jest jednocześnie polaryzowana w tym samym kierunku.

2 ogólna struktura
Oprócz powszechnie stosowanej polaryzacji termicznej, Proces polaryzacji pręta kwarcowego z kryształu piezoelektrycznego obejmuje również polaryzację w wysokiej temperaturze i niskim napięciu, proces polaryzacji rezonansowej i tym podobne. Różne procesy polaryzacji mają różne wymagania projektowe dla urządzeń polaryzacyjnych. Zakładając spełnienie wymagań polaryzacji, aby zaprojektowane urządzenie polaryzacyjne było proste i niezawodne, operacja jest prosta, wybiera się proces polaryzacji termicznej, to znaczy ceramikę piezoelektryczną, która ma być polaryzowana, umieszcza się w oleju silikonowym i podgrzewa do 100 ° C ~ 150 ° C, a następnie na ceramikę piezoelektryczną przykładany jest prąd, tak aby domeny były ustawione jak najdalej w kierunku zewnętrznego pola elektrycznego i wyjmowane po pewnym czasie. Mechanizm polaryzacji znajduje się po prostu pod działaniem silnego pola elektrycznego prądu stałego, pierwotnie chaotycznie zorientowane obszary polaryzacji (domeny elektryczne) są ułożone w kolejności wzdłuż kierunku pola elektrycznego. Po usunięciu pola elektrycznego domeny w bryle ceramicznej nadal zachowują określony kierunek wzdłuż pola elektrycznego. W ten sposób polikryształ izotropowy (nie ma przesunięcia elektrycznego środka ciężkości i piezoelektryczności) staje się polikryształem anizotropowym, dzięki czemu korpus piezoceramiczny ma właściwości piezoelektryczne. Zgodnie z wymaganiami procesu polaryzacji termicznej, urządzenie polaryzacyjne musi zapewniać stałą temperaturę polaryzacji, odpowiednie pole elektryczne polaryzacji i pożądany rozkład pola elektrycznego. Zgodnie z wymogami projektowymi, piezoelektryczne ceramiczne urządzenie polaryzacyjne powinno składać się głównie z trzech następujących części:
1 obwód grzewczy. Głównie za pomocą grzejnika, regulatora temperatury. Składa się z rowka polaryzacyjnego.
Obwód generujący wysokie napięcie z 2 polaryzacją.
3 urządzenie do dystrybucji pola elektrycznego.

3 regulator temperatury
System oparty jest na mikrokontrolerze będącym rdzeniem zarządzającym i koordynującym cały sterownik. Wykorzystuje czujnik temperatury jako element pomiaru temperatury, obwód V/F jako konwersję A/D, silną zdolność przeciwzakłóceniową. W regulatorze temperatury funkcje takie jak ustawianie i uruchamianie temperatury oraz parametrów kontrolnych można realizować za pomocą klawiatury i układu wyświetlacza. Program sterownika przyjmuje algorytm. Zasada sterowania polega na tym, aby najpierw znaleźć wartość odchylenia mierzonej temperatury polaryzacji i ustawionej temperatury, a następnie przetworzyć wartość odchylenia w celu uzyskania sygnału sterującego w celu dostosowania współczynnika wypełnienia sygnału wyjściowego, w ten sposób dostosowując stosunek czasu ogrzewania w określonym okresie, aby kontrolować temperaturę kąpieli polaryzacyjnej. Proces pracy układu jest następujący: sygnał temperatury jest przetwarzany na sygnał napięciowy przez zintegrowany czujnik temperatury, sygnał napięciowy jest wzmacniany i filtrowany w celu przeprowadzenia konwersji napięcie-częstotliwość, w wyniku czego uzyskuje się ciąg impulsów zgodny z obwodem logicznym, a częstotliwość impulsów i temperatura są dokładnie proporcjonalne. Po odizolowaniu impulsu za pomocą transoptora jest on wprowadzany do mikrokomputera jednoukładowego. Po wykonaniu programu można uzyskać aktualną wartość temperatury. Temperaturę porównuje się z ustawioną wartością temperatury, aby uzyskać odchylenie temperatury. Wielkość kontrolna jest obliczana przez algorytm i kontrolowana. Czas włączenia i wyłączenia napięcia przyłożonego do grzejnika w celu osiągnięcia celu kontrolowania temperatury.

4 obwód generujący wysokie napięcie polaryzacyjne
Funkcja wysokiego napięcia polaryzacyjnego Obwód generujący przetwornik piezoelektryczny ma za zadanie zapewnić odpowiednie warunki pola elektrycznego dla polaryzacji, która jest kluczową częścią piezoelektrycznego ceramicznego urządzenia polaryzacyjnego. W obwodzie generującym wysokie napięcie polaryzacyjne centralny transformator regulujący napięcie zaczepowe i transformator podwyższający służą do zwiększenia mocy komercyjnej, wyjścia wysokiego napięcia prądu przemiennego, a następnie prostowania przez obwód mostka prostowniczego w celu uzyskania wysokiego napięcia prądu stałego wymaganego do polaryzacji. Podczas polaryzacji transformator regulujący napięcie jest powoli regulowany, aby powoli zwiększać wyjściowe napięcie prądu stałego, zapewniając odpowiednie pole elektryczne prądu stałego dla polaryzacji. W eksperymencie polaryzacyjnym stwierdzono, że gdy napięcie wyjściowe zostanie ustawione na określoną wartość, napięcie wyjściowe będzie powoli spadać w miarę postępu procesu polaryzacji. Aby utrzymać stabilny proces polaryzacji, potrzebujemy tego poprzez regulację transformatora regulującego napięcie, napięcie wejściowe jest stale zwiększane w celu ustabilizowania napięcia wyjściowego.

5 Wniosek
Badania pokazują, że stała piezoelektryczna d33 każdej strefy ceramiki piezoelektrycznej spolaryzowanej jednocześnie w tym samym kierunku jest bardziej spójna i jednolita, co jest korzystne dla poprawy wydajności wyjściowej silnika ultradźwiękowego. Aby poprawić piezoelektryczność ceramiki piezoelektrycznej i poprawić wydajność silnika ultradźwiękowego, autor przeprowadził podstawowe badania nad urządzeniem polaryzacyjnym urządzenia piezoelektrycznego i uzyskał pewne wyniki, ale dalsza poprawa wydajności ceramiki piezoelektrycznej będzie również zależała od następujących aspektów pracy:

1 Dalsze badania piezoelektrycznych materiałów ceramicznych, udoskonalanie procesu ich przygotowania i właściwości materiału.
2 Przestudiuj nowe metody polaryzacji i spróbuj zmaksymalizować wydajność materiałów.
3 Ulepsz obwód generujący wysokie napięcie polaryzacyjne, aby poprawić jakość energii i zakres zasilania.
4 W drodze eksperymentów poszukiwano optymalnych warunków polaryzacji dla różnych materiałów ceramicznych piezoelektrycznych.