Cercetare privind dispozitivul de polarizare ceramică piezoelectrică pentru motor cu ultrasunete

1 Polarizare propusă
Motorul cu ultrasunete de tip undă care se deplasează se bazează pe unda care se deplasează în corpul elastic pentru a obține momentul de rotație prin frecarea dintre rotor. În conformitate cu principiul de bază de funcționare al motorului cu ultrasunete de tip val care se deplasează, metoda convențională adoptată pentru vibratorul piezoelectric este de a împărți prima în funcție de modul de vibrație, de câte partiții și de câte ori de polarizare. Studiul a constatat că această polarizare a vibratoarelor piezoelectrice are dezavantaje majore. Datorită polarizărilor multiple, efectele de polarizare ale partițiilor după polarizare sunt diferite, astfel încât amplitudinile undelor de îndoire excitate de cele două seturi de vibratoare piezoelectrice nu pot fi echilibrate. În acest moment, coeficientul de frecare dintre rotor și stator este mai scăzut, afectând astfel eficiența de ieșire a motorului. Pentru a rezolva problemele de mai sus și pentru a îmbunătăți uniformitatea polarizării, această lucrare propune un mod de polarizare izotropă simultană. În primul rând, ceramica piezoelectrică este mai întâi împărțită, iar apoi polaritatea pozitivă a tensiunii de ieșire a circuitului generator de înaltă tensiune este conectată la partiția de polarizare pozitivă a ceramicii piezoelectrice prin intermediul dispozitivului de distribuție a câmpului electric; polaritatea negativă a tensiunii de ieșire este conectată la reversul ceramicii piezoelectrice. După ce dispozitivul de polarizare este alimentat, ceramica piezoelectrică este polarizată simultan în aceeași direcție.

2 structura generală
Pe lângă polarizarea termică utilizată în mod obișnuit, Procesul de polarizare a tijei de cuarț cu cristale piezo-ceramice are, de asemenea, o polarizare de temperatură ridicată și de joasă tensiune, un proces de polarizare rezonantă și altele asemenea. Procesele de polarizare diferite au cerințe de proiectare diferite pentru dispozitivele de polarizare. Sub premisa îndeplinirii cerințelor de polarizare, pentru a face dispozitivul de polarizare proiectat simplu și fiabil, operațiunea este simplă, se aleg procesul de polarizare termică, adică ceramica piezoelectrică de polarizat este plasată în ulei de silicon și încălzită la 100 ° C ~ 150 ° C, iar apoi curentul este aplicat în direcția piezoelectrică externă, astfel încât câmpul piezoelectric extern să fie aliniat cât mai mult posibil în câmpul electric extern. și scos după o perioadă de timp. Mecanismul de polarizare este pur și simplu sub acțiunea unui câmp electric DC puternic, regiunile de polarizare orientate inițial haotic (domeniile electrice) sunt aranjate într-o ordine de-a lungul direcției câmpului electric. După ce câmpul electric este îndepărtat, domeniile din corpul ceramic păstrează încă o anumită direcție de-a lungul câmpului electric. Astfel, policristalul izotrop (nu există decalaj al centrului electric de greutate și nici piezoelectricitate) devine un policrist anizotrop, astfel încât corpul piezoceramic are proprietăți piezoelectrice. În conformitate cu cerințele procesului de polarizare termică, dispozitivul de polarizare trebuie să asigure o temperatură de polarizare constantă, un câmp electric de polarizare adecvat și o distribuție dorită a câmpului electric. Conform cerințelor de proiectare, dispozitivul de polarizare ceramică piezoelectrică ar trebui să fie compus în principal din următoarele trei părți:
1 circuit de încălzire. În principal prin încălzitor, regulator de temperatură. Constă dintr-o canelură de polarizare.
Circuit generator de înaltă tensiune cu 2 polarizare.
3 dispozitiv de distribuție a câmpului electric.

3 controler de temperatură
Sistemul se bazează pe microcontroler ca nucleu pentru gestionarea și coordonarea întregului controler. Utilizează senzorul de temperatură ca componentă de măsurare a temperaturii, circuitul V/F ca conversie A/D, capacitate puternică anti-interferență. În regulatorul de temperatură, funcții precum setarea și funcționarea parametrilor de temperatură și control pot fi efectuate de o tastatură și un circuit de afișare. Programul controler adoptă algoritmul. Principiul de control este de a găsi mai întâi valoarea abaterii a temperaturii de polarizare de măsurare și temperatura setată, apoi procesați valoarea abaterii pentru a obține un semnal de control pentru a regla raportul de funcționare al semnalului de ieșire, prin urmare, ajustând raportul de timp de încălzire într-o anumită perioadă este utilizat pentru a controla temperatura băii de polarizare. Procesul de lucru al sistemului este următorul: semnalul de temperatură este convertit într-un semnal de tensiune de către un senzor de temperatură integrat, iar semnalul de tensiune este amplificat și filtrat pentru a efectua conversia tensiune-frecvență și se obține un tren de impulsuri compatibil cu circuitul logic, iar frecvența pulsului și temperatura sunt precis proporționale. După ce pulsul este izolat de optocupler, acesta este introdus în microcomputerul cu un singur cip. După procesarea programului, se poate obține valoarea curentă a temperaturii. Temperatura este comparată cu valoarea setată a temperaturii pentru a obține abaterea temperaturii. Cantitatea de control este calculată de algoritm și controlată. Timpul de pornire și oprire al tensiunii aplicate încălzitorului pentru a atinge scopul de a controla temperatura.

4 polarizare circuit generator de înaltă tensiune
Funcția de polarizare înaltă tensiune Circuitul de generare a traductorului cu disc piezoelectric este de a oferi condiții adecvate de câmp electric pentru polarizare, care este o parte cheie a dispozitivului de polarizare ceramică piezoelectrică. În circuitul de generare a tensiunii înalte de polarizare, transformatorul central de reglare a tensiunii de conectare și transformatorul de creștere sunt utilizate pentru a crește puterea comercială, a scoate o tensiune înaltă de curent alternativ și apoi a redresa printr-un circuit redresor în punte pentru a obține o tensiune DC înaltă necesară pentru polarizare. În timpul operațiunii de polarizare, transformatorul de reglare a tensiunii este reglat lent pentru a crește încet tensiunea DC de ieșire, oferind un câmp electric DC adecvat pentru polarizare. În experimentul de polarizare, se constată că atunci când tensiunea de ieșire este ajustată la o anumită valoare, tensiunea de ieșire va scădea încet pe măsură ce procesul de polarizare progresează. Pentru a menține stabil procesul de polarizare, avem nevoie de el prin ajustarea transformatorului de reglare a tensiunii, tensiunea de intrare este crescută continuu pentru a stabiliza tensiunea de ieșire.

5 Concluzie
Cercetarea arată că constanta piezoelectrică d33 a fiecărei zone de ceramică piezoelectrică polarizată simultan în aceeași direcție este mai consistentă și uniformă, ceea ce este benefic pentru îmbunătățirea eficienței de ieșire a motorului cu ultrasunete. Pentru a îmbunătăți piezoelectricitatea ceramicii piezoelectrice și a îmbunătăți performanța motorului cu ultrasunete, autorul a efectuat cercetări de bază asupra dispozitivului de polarizare al dispozitivului piezoelectric și a obținut anumite rezultate, dar îmbunătățirea în continuare a performanței ceramicii piezoelectrice va depinde și de următoarele aspecte ale lucrării:

1 Studiu suplimentar al materialelor ceramice piezoelectrice, îmbunătățirea procesului de preparare și a proprietăților materialului.
2 Studiați noi metode de polarizare și încercați să maximizați performanța materialelor.
3 Îmbunătățiți circuitul generator de înaltă tensiune de polarizare pentru a îmbunătăți calitatea puterii și intervalul de alimentare.
4 Prin experimente s-au căutat condițiile optime de polarizare pentru diferite ceramice piezoelectrice.