Nyheter

Du är här: Hem / Nyheter / Grunderna i piezoelektrisk keramik / Dämpningsegenskaper hos elektromekanisk koppling mellan piezokeramisk kristall och elektrisk krets

Dämpningsegenskaper för elektromekanisk koppling mellan piezokeramisk kristall och elektrisk krets

Visningar: 4 Författare: Webbplatsredaktör Publiceringstid: 2020-03-05 Ursprung: Plats

Fråga

Piezoelektrisk keramik, som ett nytt funktionellt keramiskt material, som har använts i stor utsträckning inom de många tekniska områdena, inklusive tillämpningen inom området för strukturell vibrationskontroll. På grund av dess förmåga att omvandla mekanisk energi och elektrisk energi, kan den bäddas in i systemet som en ultraljudssensor eller ställdon för aktiv kontroll av strukturella vibrationer. När piezoelektriska keramiska material och externa kretsar bildar en sluten krets, på grund av den mekaniska och elektriska kopplingen, kommer den att visa vissa dämpningsegenskaper, som kan användas för passiv styrning av strukturer.

År 1979 föreslog Forward först möjligheten att använda piezoelektrisk keramik parallellt med kretskomponenter för vibrationskontroll, och sedan hagood och von. I denna artikel är de mekaniska och elektriska kopplingsegenskaperna hos piezoelektrisk keramik och externa kretsar teoretiskt modellerade, och påverkan av PZT piezokeramiskt rör på fribärande kretsars vibration i seriekopplade kretsresistans och parallellresistans i renduktiv kretsresistans. De experimentella resultaten stämmer väl överens med de teoretiska resultaten, som systematiskt bevisar genomförbarheten av piezoelektrisk keramik och externa kretsar parallellt för vibrationskontroll. Sedan dess har många forskare börjat satsa på detta område.

För att bättre kunna tillämpa dämpningsegenskaperna hos ultraljudsnivågivare till vibrationskontroll, baserat på forskningsarbetet i denna artikel, etableras en teoretisk modell av dämpningsegenskaperna för parallellkoppling av piezoelektrisk keramik med resistansinduktans- och motståndskapacitanskretsar, och den teoretiska modellen verifieras baserat på fribärarsystemet, vilket ger en teoretisk grund för tillämpningen av passiv fältstyrning av ceramzoik.

Dämpningsegenskaper hos parallell piezoelektrisk keramik

Piezoelektriska keramiska material har egenskapen att omvandla mekanisk energi till elektrisk energi. När piezoelektrisk keramik utsätts för yttre kraft kommer ytan att producera elektrisk laddning. Om den piezoelektriska keramiken är i kretstillståndet kommer laddningen att samlas på ytan av den piezoelektriska keramiken. När piezoelektrisk keramik bildar en tät krets med den externa kretsen kommer en del av den elektriska laddningen att förbrukas i form av värmeenergi av impedansen i kretsen, det vill säga en del av den mekaniska energin kommer att frigöras i form av värmeenergi. Detta är mekanismen som piezoelektrisk keramik och externa kretsar är parallellkopplade för passiv vibrationskontroll.

1.2 teoretisk modell

Ur elektrisk synvinkel kan piezoelektrisk keramik förenklas som en seriemodell av en spänningskälla och en kondensator. Det är en likvärdig elektrisk modell av piezokeramik parallellt med den externa kretsen. Systemets elektriska impedans när den externa kretsen är sluten eller öppen. Den mekaniska impedansen är ekvivalent med den mekaniska styvheten hos piezoelektriska material. Därför kan dämpningsegenskaperna för parallell piezoelektrisk keramik, energiförlustfaktorn ŋ och styvhetsförhållandet e definieras respektive. När de externa kretsarna är resistansinduktans parallellkrets respektive resistans negativ kapacitansseriekrets, kan materialdämpningskarakteristikmodellen för piezoelektrisk keramik fås: den elektromekaniska kopplingskoefficienten för piezoelektrisk keramik, arbetsfrekvens och vibrationsfaktor är alla relaterade. Dämpningsegenskaperna hos parallell piezoelektrisk keram är relaterade till många faktorer, såsom egenskaperna hos piezoelektrisk keramik, typerna av externa kretsar och specifika kretsparametrar. Med förändringen av dessa faktorer visar piezoelektrisk keramik olika dämpningsegenskaper.

Simuleringsforskning Baserat på fribärande balksystem

För att verifiera påverkan av kretstyp och relaterade parametrar på dämpningsegenskaperna hos parallellen piezoelektriska keramiska givare , en uppsättning simuleringssystem baserat på fribärande stråle är designad. PZT-5 piezoelektrisk keramisk skiva klistras på ytan av fribärande balk, strålens yta är jordad och polarisationsriktningen för piezoelektrisk keramisk plåt visas. Bland de fyra piezoelektriska keramiska plåtarna är två manöverdon, som är drivkällorna för fribärande strålvibrationer; en är sensorn, som reflekterar vibrationsintensiteten för motsvarande position på den fribärande balken genom det uppmätta spänningsvärdet; den andra är parallell med den externa kretsen, det första paret piezoelektriska keramiska ark är 60 mm * 26,4 mm * 0,25 mm, och det andra paret är 50 mm * 26,4 mm * 0,25 mm. Avståndet mellan den vänstra änden av två par piezokeramiska spån och den fasta änden av den fribärande balken är 18 mm respektive 100 mm. Det finns ett överföringsfunktionsförhållande mellan ställdonets inspänning och sensorns utgångsspänning. Genom att jämföra överföringsfunktionen för den externa parallellkretsen i öppen krets och sluten krets kan inverkan av den parallella piezoelektriska keramiken på systemvibrationen bestämmas.

Enligt ovanstående modell simuleras påverkan av piezoelektrisk keramik på vibrationen av fribärande strålsystem i fyra fall. Det är resistans, serieresistansinduktans, parallell resistansinduktans och negativ kapacitans av parallell resistans. Negativ kapacitans realiseras av negativ impedansomvandlingskrets. Parametrarna för den fribärande och piezoelektriska keramen som används i simuleringen involverar endast den första moden av fribäraren, och påverkan av resistansförändringen på dämpningsegenskaperna hos piezoelektrisk keramik beaktas.

I de olika parallella kretsarna har piezoelektrisk keramik ett stort inflytande på vibrationerna hos fribärande balksystem. För samma krets ändras dämpningseffekten med förändringen av motståndsvärdet, och det finns ett optimalt värde från förändringstrenden. Detta överensstämmer med den teoretiska modellen i föregående del. Det framgår av jämförelsen att dämpningseffekten är minst när den är parallellkopplad med resistansen och den starkaste när den är parallellkopplad med seriekretsen med negativ kapacitans för resistans. För två typer av resistansinduktansparallella kretsar är inverkan av piezoelektrisk keram på systemet liknande, men känsligheten för dämpningsprestanda med resistansändringen är helt annorlunda. Dessutom, när resistansen hos serieresistansinduktanskretsen ändras från stor till liten, och resistansen hos parallellresistansinduktanskretsen ändras från liten till stor, är trenden för deras inverkan på prestandan hos fribärarsystemet densamma. Med tanke på piezokeramernas dämpningsegenskaper parallellt och dess inverkan på systemets prestanda, görs en omfattande jämförelse.