Konstrukcja urządzenia do testowania parametrów d33 z ceramiki piezoelektrycznej

W tej konstrukcji zastosowano mikrokomputer jednoukładowy jako obwód sterujący i obliczający parametry. Generator sygnału wyprowadza ciągły analogowy sygnał przemiatania częstotliwości wzbudzenia, który jest przykładany do ceramiki piezoelektrycznej, która wykrywa amplitudę napięcia i prądu sygnału analogowego, przekształca go na sygnał cyfrowy i wysyła do mikrokontrolera. Napięcie pomiarowe Obliczany jest bieżący system, parametry częstotliwości rezonansowej i częstotliwości antyrezonansowej w celu uzyskania programu funkcji systemu, obejmującego gromadzenie danych zewnętrznych, pozyskiwanie sygnału wzbudzenia, obliczanie częstotliwości rezonansowej i antyrezonansowej, obliczanie parametrów d33, przetwarzanie stanu uszkodzenia i alarmowanie itp. Sygnał wzbudzenia i obwód detekcji są wysyłane przez generator sygnału. Częstotliwość sygnału wzbudzenia wynosi od 35 do 45 kHz. Częstotliwość rezonansowa fr i częstotliwość antyrezonansowa fa piezoceramiczny przetwornik cylindryczny uzyskuje się poprzez program przemiatania częstotliwości. Zależność pomiędzy rezystancją R, indukcyjnością L, pojemnością C oraz napięciem i prądem można wykorzystać do otrzymania d33 ceramiki piezoelektrycznej zgodnie ze wzorem.

Schemat strukturalny części regulacji ciśnienia. Sprzęt systemu składa się z jednoukładowego wykrywania i regulacji ciśnienia, wyjścia sygnału przemiatania częstotliwości i obliczania częstotliwości rezonansowej. Sekcja regulacji ciśnienia porównuje sygnał ciśnienia z ustawioną wartością, aby określić stan pracy silnika do przodu i do tyłu.

Proces roboczy przebiega następująco: wykrywanie ciśnienia w jednoukładowym komputerze i obliczanie sygnału wyjściowego przemiatania częstotliwości regulacji oraz wykrywanie częstotliwości rezonansowej, aby uzyskać obliczenie d33. Aby poprawić dokładność pomiaru, należy wybrać częstotliwość wyjściową 35 ~ 45 kHz przez generator sygnału do pomiaru, konwersji i rejestracji danych, a na koniec obliczyć d33. W równaniu można otrzymać trzy niewiadome R, L i C (głównie parametry C). Wartość właściwą d33 oblicza się w celu otrzymania stałej odkształcenia piezoelektrycznego d33.

Obwód testowy wykorzystuje metodę linii przesyłowej. Ponieważ pojemność Standardowa ceramika piezoelektryczna sama w sobie jest niewielka, stosunek rozproszonej pojemności do wolnej pojemności Cr oprawy i układu testowego nie powinien być większy niż 1/10, w przeciwnym razie wyniki testu należy skorygować. Metoda wymaga od d33 zbadania wymiarów geometrycznych próbki w następujący sposób: stosunek długości L do szerokości W blachy ceramicznej w kształcie płyty, tj. L/W > 5, w celu zapewnienia jednolitej długości wzdłużnej blachy piezoceramicznej w kształcie płyty w trybie drgań rozciągających i unikania innych zakłóceń. Tryb wibracji na wyniki badań; w przeciwnym razie na krzywej rezonansowej pojawią się pasożytnicze piki, co utrudni określenie częstotliwości rezonansowej. Znana gęstość nasypowa materiału próbki ρ (kg / m3), pojemność swobodna CT (F) (w tym całkowite wartości pojemności statycznej i dynamicznej płytkowej płyty piezoceramicznej mierzone przy niskich częstotliwościach C ,, C i C, czyli C. + C₁.), Długość L (mm), grubość d (mm), szerokość W (mm), powierzchnia elektrody próbki S (mm²), częstotliwość rezonansu szeregowego fs (Hz) próbki wykrywa się przez dodanie przemiatania sygnału wzbudzenia i równoległej częstotliwości rezonansowej fp (Hz) w celu obliczenia wartości d33. Przy obliczaniu d33 wymagana jest dokładność czasu i częstotliwości. Dzięki dokładnemu pomiarowi fs i fp. Jest to trudne, dlatego można odwołać się do metody transmisji sieciowej w kształcie litery V, aby zmierzyć maksymalną częstotliwość rezonansową i częstotliwość antyrezonansową. Tutaj fs i fp można zastąpić przez fr i fa.

Eksperyment testowy i analiza

Do eksperymentów testowych zastosowano dwie grupy L * W * d z 5 H każda o wymiarach 20 mm x 5 mm x 1 mm i 60 mm x 5 mm x 1 mm do testowania przy zadanym ciśnieniu 0,5 N. Odpowiednie d33 uzyskuje się poprzez wykrywanie i obliczanie parametrów (R, L, C) piezoelektrycznego arkusza ceramicznego. Sygnał o częstotliwości testowej (35 ~ 45 kHz) stosowany w procesie detekcji jest dostosowywany do częstotliwości sygnału co lo s, która wynosi (40 ± 0,5 × n) kHz. Mikrokomputer jednoukładowy próbkuje i uzyskuje wartości prądu i napięcia sygnałów wzbudzenia o różnych częstotliwościach, a także wykrywa i oblicza R, L, C i d33.

Obliczenia testu parametru d33 badanej próbki porównuje się z badaniem przy użyciu standardowego przyrządu do pomiaru parametru d33. Wyniki pokazują, że zakres pomiędzy wartościami maksymalnymi i minimalnymi wyników badań jest stabilny w dopuszczalnym zakresie, a błąd jest mniejszy niż 5% w porównaniu z wartością uzyskaną przez tester standardowy. Uzyskane w wyniku rzeczywistej detekcji parametry (R, L, C) chipa piezoceramicznego są dobrze zgodne z parametrami zmierzonymi za pomocą standardowego przyrządu pomiarowego, co skutecznie poprawia efektywność testu i stwarza warunki dla późniejszego algorytmu pomiaru online i konstrukcji urządzenia.