Cercetare privind sensibilitatea componentelor traductoarelor ceramice piezoelectrice

Datorită efectului piezoelectric, ceramica piezoelectrică poate converti direct non-electricitatea în electricitate, iar constanta sa piezoelectrică poate fi mult îmbunătățită prin ajustarea compoziției compoziției  sau prin schimbarea combinației de foi piezoceramice, îmbunătățind astfel eficient sensibilitatea acesteia. Prin urmare, ceramica ezoelectrică a traductorului pi, ca elemente sensibile, primește din ce în ce mai multă atenție. Principiul de bază și compoziția senzorului piezoelectric sunt prezentate pe scurt. Factorii care afectează sensibilitatea senzorului piezoelectric sunt discutați în detaliu din statică și dinamică. Pe această bază, se obține o metodă eficientă de îmbunătățire a sensibilității.

Senzorul este un dispozitiv cu funcție de detectare utilizat pe scară largă în domeniile industriei, agriculturii, apărării naționale și medicinei. Se numește „Electric Five“, care detectează diverse cantități non-electrice prin simularea funcțiilor trăsăturilor faciale umane . traductoarele piezo rotunde cu disc cu efect piezoelectric sunt unul dintre materialele PZT pentru realizarea senzorilor. Senzorii piezoelectrici cu care sunt familiarizați includ accelerometre piezoelectrice, giroscopii piezoelectrice, manometre piezoelectrice și galvanometre. Odată cu progresul tehnologiei, s-au născut mulți senzori noi, iar performanța senzorilor existenți a fost, de asemenea, îmbunătățită. Sensibilitatea este un indicator important al senzorului. Următorii factori discută factorii care afectează sensibilitatea senzorului  atât din punct de vedere static, cât și din punct de vedere dinamic.

de bază  P rincipiile și  compoziția senzorilor  piezoelectrici sunt dispozitive care utilizează efectele piezoelectrice ale foilor ceramice piezoelectrice pentru a converti stresul (sau deformarea) în tensiune (sau sarcină) și apoi le  ceramici .  samplifica și le emite printr-un amplificator Foile ceramice piezoelectrice sunt componentele cheie. Din perspectiva conversiei semnalului, foile ceramice piezoelectrice sunt echivalente cu un generator de sarcină. Senzorul

piezoceramic este compus dintr-un sistem mecanic care transmite forța externă foii ceramice piezoelectrice, o foaie ceramică piezoelectrică și un circuit de măsurare care transferă sarcina electrică la contor. Sistemul mecanic este o porțiune de suport pentru montarea și fixarea foii ceramice piezoelectrice. Sistemul este în contact direct cu lumea exterioară, iar atunci când este supus unei forțe externe, suportul și foaia ceramică piezoelectrică sunt deformate împreună. Foaia ceramică piezoelectrică generează o sarcină de ieșire prin deformare. Linia de măsurare amplifică sarcina și o transformă într-o ieșire de tensiune.

2 Factori de afectare a sensibilității senzorului piezoelectric

Sensibilitatea a Traductorul cu discuri piezoelectrice  este raportul dintre o creștere mică a ieșirii și o creștere mică a intrării corespunzătoare. Cu cât raportul este mai mare, cu atât sensibilitatea este mai mare. Sensibilitatea senzorului piezoelectric este legată de sensibilitatea celor trei părți care îl compun. Deoarece cele trei părți sunt conectate în serie, sensibilitatea senzorului piezoelectric este înmulțită cu sensibilitatea celor trei părți. Următoarea analiză este efectuată din statică și, respectiv, dinamică. 

2.1 Analiza statică
Analiza statică se referă la analiza relației dintre intrarea și ieșirea senzorului în condiții de stare staționară. Variabila de ieșire este doar o funcție a variabilei de intrare, adică y=f(x), iar sensibilitatea sa este dy.

(1) Deoarece există o relație liniară simplă între S și F, Q și S și U și Q în condiții statice, aceasta poate fi schimbată în U0=CijdijA, unde Cij este coeficientul de complianță elastică echivalentă al sistemului mecanic; Dij este constanta piezoelectrică echivalentă a ceramicii piezoelectrice; A este factorul de amplificare al liniei de măsurare; indicele ij reprezintă direcția forței și, respectiv, direcția deformației. Pentru a crește sensibilitatea senzorului piezoelectric, este eficientă creșterea valorii unuia sau mai multor factori. Printre acestea, potențialul de creștere a valorii constantei piezoelectrice a foii ceramice piezoelectrice este cel mai mare, iar constanta piezoelectrică poate fi crescută prin ajustarea formulării ceramicii piezoelectrice, iar piezoelectricitatea poate fi îmbunătățită prin combinația în serie paralelă a foilor ceramice piezoelectrice. Constantele, cum ar fi conexiunea paralelă a foilor ceramice piezoelectrice, dublează sensibilitatea la sarcină. În plus, selecția corectă a condițiilor electrice ale foii ceramice piezoelectrice poate crește, de asemenea, valoarea constantei piezoelectrice, cum ar fi ceramica piezoelectrică în starea de scurtcircuit la limită electrică este mai mare decât constanta piezoelectrică echivalentă a stării deschise. Pentru ceramica piezoelectrică, modul de vibrație este diferit, constanta piezoelectrică este, de asemenea, diferită, iar constanta piezoelectrică tangențială (d15) este mai mare decât constanta piezoelectrică de grosime (d33) și constanta piezoelectrică radială (d31). Datele constantei piezoelectrice ale ceramicii piezoelectrice PZT4. Sensibilitatea senzorului electric este legată de sensibilitatea celor trei componente care îl compun. Deoarece cele trei componente sunt conectate în serie, sensibilitatea senzorului piezoelectric este înmulțită cu sensibilitatea celor trei componente. Următoarea analiză este efectuată din statică și, respectiv, dinamică.

2.1 Analiza statică
Analiza statică se referă la analiza relației dintre intrarea și ieșirea senzorului în condiții de stare staționară. Variabila de ieșire este doar o funcție a variabilei de intrare, adică y=f(x), iar sensibilitatea sa este dy. Sensibilitatea senzorului este că, deoarece există o relație liniară simplă între S și F, Q și S și U și Q în condiții statice, iar ecuația (1) poate fi schimbată în U0=CijdijA(2) unde Cij este mecanica Coeficientul de conformitate elastică echivalentă a sistemului; dij este constanta piezoelectrică echivalentă a lui disc peizoelectric traductor ceramic

; A este factorul de amplificare al liniei de măsurare; indicele ij reprezintă direcția forței și, respectiv, direcția deformației. Pentru a crește sensibilitatea senzorului piezoelectric, este eficientă creșterea valorii unuia sau mai multor factori. Printre acestea, potențialul de creștere a valorii constantei piezoelectrice a foii ceramice piezoelectrice este cel mai mare, iar constanta piezoelectrică poate fi crescută prin ajustarea formulării ceramicii piezoelectrice, iar piezoelectricitatea poate fi îmbunătățită prin combinația serie-paralelă a foilor ceramice piezoelectrice. Constantele, cum ar fi conexiunea paralelă a foilor ceramice piezoelectrice, dublează sensibilitatea la sarcină. În plus, selecția corectă a condițiilor electrice ale foii ceramice piezoelectrice poate crește, de asemenea, valoarea constantei piezoelectrice, cum ar fi ceramica piezoelectrică în starea de scurtcircuit la limită electrică este mai mare decât constanta piezoelectrică echivalentă a stării deschise. Pentru ceramica piezoelectrică, modul de vibrație este diferit, constanta piezoelectrică este, de asemenea, diferită, iar constanta piezoelectrică tangențială (d15) este mai mare decât constanta piezoelectrică de grosime (d33) și constanta piezoelectrică radială (d31). Afișează semnalul continuu de date constante piezoelectrice al ceramicii piezoelectrice PZT-4, care poate fi, de asemenea, semnale de impuls sau intrare periodică. În acest moment, caracteristicile de ieșire ale senzorului nu mai sunt în stare staționară, dar are loc o caracteristică de tranziție tranzitorie, adică relația dintre ieșire și intrare va fi o funcție de timp. Caracteristicile dinamice ale senzorului sunt de obicei analizate folosind caracteristici amplitudine-frecvență. În primul rând, sunt discutate caracteristicile amplitudine-frecvență ale sistemului mecanic al senzorului piezoelectric. Sistemul mecanic este în general clasificat într-un sistem de ordinul doi cu un singur grad de libertate. Relația amplitudine-frecvență este calculată ca X0=sqrt(K/m) ca frecvență naturală a sistemului. Unde K este coeficientul de rigiditate al sistemului, m este masa sistemului; N este coeficientul relativ de amortizare. Din ecuație se poate ști că pentru o anumită valoare a lui N, X/X0 se află în intervalul [0, 2/(1+4N2, ûH(jX)û este o constantă, iar dimensiunea este egală cu 1/X20, care este limita superioară a frecvenței maxime a sistemului. Este 2X0/(1+4N2). se aproximează că caracteristicile de amplitudine-frecvență sunt constante într-un interval de frecvență destul de larg, iar deff este echivalent în constanta piezoelectrică. respectiv, în cazul în care mărirea este suficient de mare, caracteristica amplitudine-frecvență a liniei de măsurare este plată calculând următoarea relație amplitudine-frecvență, adică Xm1/RfCf, când frecvența de variație a forței externe este în intervalul . Caracteristica amplitudine-frecvență a senzorului piezoelectric.

Sensibilitatea senzorului ceramic piezoelectric este cunoscută din discuția de mai sus. În condiții dinamice, când frecvența forței externe este în interval, sensibilitatea senzorului ceramic piezoelectric este exprimată ca dinamică, iar foaia ceramică piezoelectrică este îmbunătățită prin scăderea frecvenței naturale a sistemului mecanic. Constanta piezoelectrică și metoda de reducere a capacității de feedback a liniei de măsurare pot îmbunătăți sensibilitatea senzorului piezoelectric.

o. Conform analizei statice, pentru a îmbunătăți sensibilitatea senzorului piezoelectric, sensibilitatea fiecărei componente poate fi îmbunătățită, adică coeficientul de conformitate elastică al sistemului mecanic, constanta piezoelectrică echivalentă a piesei ceramice piezoelectrice și factorul de amplificare al liniei de măsurare sunt îmbunătățite. Dintre acestea, potențialul de creștere a constantei piezoelectrice a foii ceramice piezoelectrice este cel mai mare.
b. Conform analizei dinamice, sensibilitatea senzorului piezoelectric trebuie luată în considerare în combinație cu frecvența de schimbare a forței externe. În intervalul plat al caracteristicilor amplitudine-frecvență, sensibilitatea senzorului piezoelectric poate fi îmbunătățită prin creșterea masei sistemului mecanic, creșterea constantei piezoelectrice a foii ceramice piezoelectrice și reducerea coeficientului de rigiditate a sistemului mecanic și a capacității de feedback a liniei de măsurare.
c. În combinație cu analiza statică și analiza dinamică, se știe că creșterea constantei piezoelectrice a foii ceramice piezoelectrice poate îmbunătăți în mod eficient sensibilitatea senzorului piezoelectric și este, de asemenea, una dintre cele mai practice metode. Acest lucru se datorează faptului că este mai ușor să crești constanta piezoelectrică a foii ceramice piezoelectrice prin ajustarea compoziției chimice a ceramicii piezoelectrice. Mai mult, placa ceramică piezoelectrică poate crește constanta piezoelectrică efectivă a foii ceramice piezoelectrice prin selectarea unui mod de vibrație adecvat și a unei combinații serie-paralel.