Ştiri

Sunteți aici: Acasă / Ştiri / Bazele ceramicii piezoelectrice / Caracteristicile de amortizare ale cuplajului electromecanic dintre cristalul piezo-ceramic și circuitul electric

Caracteristicile de amortizare ale cuplajului electromecanic dintre cristalul piezoceramic și circuitul electric

Vizualizări: 4 Autor: Editor site Ora publicării: 2020-03-05 Origine: Site

Întreba

Ceramica piezoelectrică, ca un nou material ceramic funcțional, care a fost utilizat pe scară largă în multe domenii tehnice, inclusiv în aplicarea în domeniul controlului vibrațiilor structurale. Datorită capacității sale de a transforma energia mecanică și energia electrică, acesta poate fi încorporat în sistem ca senzor ultrasonic sau actuator pentru controlul activ al vibrațiilor structurale. Atunci când materialele ceramice piezoelectrice și circuitele externe formează un circuit închis, datorită cuplajului mecanic și electric, acesta va prezenta unele caracteristici de amortizare, care pot fi utilizate pentru controlul pasiv al structurilor.

În 1979, Forward a propus pentru prima dată posibilitatea utilizării ceramicii piezoelectrice în paralel cu componentele circuitului pentru controlul vibrațiilor, apoi Hagood și von. În această lucrare, caracteristicile mecanice și electrice de cuplare ale ceramicii piezoelectrice și ale circuitelor externe sunt modelate teoretic și influența asupra Tub piezoceramic PZT vibrațiilor în consolă atunci când sunt conectate în paralel cu circuitul de rezistență pură și respectiv rezistența pură. Rezultatele experimentale sunt în bună concordanță cu rezultatele teoretice, ceea ce demonstrează sistematic fezabilitatea ceramicii piezoelectrice și a circuitelor externe în paralel pentru controlul vibrațiilor. De atunci, mulți cercetători au început să investească în acest domeniu.

Pentru a aplica mai bine caracteristicile de amortizare ale traductor de nivel ultrasonic la controlul vibrațiilor, pe baza lucrărilor de cercetare din această lucrare, se stabilește un model teoretic al caracteristicilor de amortizare ale cuplării paralele a ceramicii piezoelectrice cu circuite de inductanță de rezistență și capacități de rezistență, iar modelul teoretic este verificat pe baza sistemului cantilever, care oferă o bază teoretică pentru aplicarea controlului piezoelectric al ceramicii pasive în domeniul controlului pasiv.

Caracteristicile de amortizare ale ceramicii piezoelectrice paralele

Materialele ceramice piezoelectrice au proprietatea de a transforma energia mecanică în energie electrică. Când ceramica piezoelectrică este supusă unei forțe externe, suprafața va produce sarcină electrică. Dacă ceramica piezoelectrică este în stare de circuit, sarcina se va aduna pe suprafața ceramicii piezoelectrice. Când ceramica piezoelectrică formează un circuit apropiat cu circuitul extern, o parte din sarcina electrică va fi consumată sub formă de energie termică de impedanța din circuit, adică o parte din energia mecanică va fi eliberată sub formă de energie termică. Acesta este mecanismul prin care ceramica piezoelectrică și circuitele externe sunt conectate în paralel pentru controlul pasiv al vibrațiilor.

1.2 model teoretic

Din punct de vedere electric, ceramica piezoelectrică poate fi simplificată ca model de serie al unei surse de tensiune și al unui condensator. Este un model electric echivalent de ceramică piezo în paralel cu circuitul extern. Impedanța electrică a sistemului când circuitul extern este închis sau deschis. Impedanța mecanică este echivalentă cu rigiditatea mecanică a materialelor piezoelectrice. Prin urmare, caracteristicile de amortizare ale ceramicii piezoelectrice paralele, factorul de disipare a energiei ŋ și, respectiv, raportul de rigiditate e pot fi definite. Când circuitele externe sunt circuite paralele de rezistență, inductanță circuit paralel și, respectiv, circuit de rezistență de capacitate negativă în serie, se poate obține modelul de caracteristici de amortizare a materialului al ceramicii piezoelectrice: caracteristicile de amortizare ale ceramicii piezoelectrice, cuplarea piezoelectrică piezoelectrică și coeficientul ceramicii piezoelectrice. frecvența de lucru și factorul de vibrație sunt toate legate. Caracteristicile de amortizare ale ceramicii piezoelectrice paralele sunt legate de mulți factori, cum ar fi caracteristicile ceramicii piezoelectrice, tipurile de circuite externe și parametrii specifici ai circuitului. Odată cu schimbarea acestor factori, ceramica piezoelectrică prezintă caracteristici diferite de amortizare.

Cercetare de simulare Bazat pe sistemul de grinzi cantilever

Pentru a verifica influența tipului de circuit și a parametrilor aferenti asupra caracteristicilor de amortizare a paralelei traductoare ceramice piezoelectrice , un set de sistem de simulare bazat pe fascicul cantilever este proiectat. Foaia ceramică piezoelectrică PZT-5 este lipită pe suprafața fasciculului în consolă, suprafața fasciculului este împământat și este afișată direcția de polarizare a foii ceramice piezoelectrice. Dintre cele patru foi ceramice piezoelectrice, două sunt actuatoare, care sunt sursele de antrenare a vibrației fasciculului în consolă; unul este senzorul, care reflectă intensitatea vibrației poziției corespunzătoare pe grinda cantilever prin valoarea tensiunii măsurate; celălalt este în paralel cu circuitul extern, prima pereche de foi ceramice piezoelectrice este de 60 mm * 26,4 mm * 0,25 mm, iar a doua pereche este de 50 mm * 26,4 mm * 0,25 mm. Distanța dintre capătul din stânga a două perechi de așchii ceramice piezo și capătul fix al grinzii cantilever este de 18 mm și, respectiv, 100 mm. Există o relație de funcție de transfer între tensiunea de intrare a actuatorului și tensiunea de ieșire a senzorului. Prin compararea funcției de transfer a circuitului paralel extern în circuit deschis și circuit închis, se poate determina influența ceramicii piezoelectrice paralele asupra vibrației sistemului.

Conform modelului de mai sus, influența ceramicii piezoelectrice asupra vibrației sistemului de fascicule cantilever este simulată în patru cazuri. Este rezistența, inductanța rezistenței în serie, inductanța rezistenței paralele și capacitatea negativă a rezistenței paralele. Capacitatea negativă este realizată prin circuitul de conversie a impedanței negative. Parametrii consolului și ai ceramicii piezoelectrice utilizați în simulare implică doar primul mod al consolului și se ia în considerare influența schimbării rezistenței asupra caracteristicilor de amortizare ale ceramicii piezoelectrice.

În diferitele circuite paralele, ceramica piezoelectrică are o mare influență asupra vibrațiilor sistemului de grinzi în consolă. Pentru același circuit, efectul de amortizare se modifică odată cu modificarea valorii rezistenței și există o valoare optimă din tendința de schimbare. Acest lucru este în concordanță cu modelul teoretic din partea anterioară. Din comparație se poate observa că efectul de amortizare este cel mai mic atunci când este conectat în paralel cu rezistența și cel mai puternic atunci când este conectat în paralel cu circuitul în serie de rezistență negativă. Pentru două tipuri de circuite paralele cu inductanță de rezistență, influența ceramicii piezoelectrice asupra sistemului este similară, dar sensibilitatea performanței de amortizare la schimbarea rezistenței este destul de diferită. Mai mult, atunci când rezistența circuitului de inductanță a rezistenței în serie se schimbă de la mare la mică, iar rezistența circuitului de inductanță a rezistenței paralele se schimbă de la mic la mare, tendința influenței lor asupra performanței sistemului cantilever este aceeași. Având în vedere caracteristicile de amortizare ale piezoceramicelor în paralel și influența acesteia asupra performanței sistemului, se face o comparație cuprinzătoare.