d33 parametertestenhetsdesign av piezokeramik

Denna design använder en mikrodator med ett chip som styr- och parameterberäkningskrets. Signalgeneratorn matar ut en kontinuerlig analog excitationsfrekvenssvepsignal, som appliceras på den piezoelektriska keramen, som detekterar den analoga signalens spänning och strömamplitud, omvandlar den till en digital signal och skickar den till mikrokontrollern. Mätspänningen Det aktuella systemet, frekvens-resonans- och anti-resonansfrekvensparametrar beräknas för att erhålla systemets funktionsprogram, inklusive extern datainsamling, magnetiseringssignalinhämtning, resonans- och antiresonansfrekvensberäkning, d33-parameterberäkning, felstatusbearbetning och larm, etc. Excitationssignalen och detekteringskretsen matas ut av magnetiseringskretsen. Frekvensen för exciteringssignalen är från 35 till 45 kHz. Resonans fr och anti-resonans frekvens fa av piezokeramiska cylindergivare erhålls genom programmet för frekvenssvepning. Förhållandet mellan resistans R, induktans L, kapacitans C och spänning och ström kan användas för att erhålla d33 av piezoelektrisk keramik enligt formeln.

Strukturdiagram över tryckjusteringsdelen. Systemhårdvaran består av tryckdetektering och justering av ett chip, signalutgång för frekvenssvep och beräkning av resonansfrekvens. Tryckjusteringssektionen jämförs med trycksignalen med det inställda värdet för att bestämma motorns körstatus framåt och bakåt.

Arbetsprocessen är som följer en enkelchips datorenhet tryckdetektering och justeringsfrekvens svepsignalutgång och resonansfrekvensdetekteringsberäkning, för att uppnå beräkningen av d33. För att förbättra mätnoggrannheten, välj frekvensen 35 ~ 45kHz som utmatas av signalgeneratorn för datamätning, konvertering och inspelning, och beräkna slutligen d33. Tre okända R, L och C i ekvationen kan erhållas (främst C-parametrar). Det specifika värdet på d33 beräknas för att erhålla den piezoelektriska töjningskonstanten d33.

Testkretsen använder transmissionslinjemetoden. Eftersom kapacitansen hos lager piezoelektrisk keramik i sig är liten, förhållandet mellan den distribuerade kapacitansen och den fria kapacitansen Cr för fixturen och testsystemet bör inte vara större än 1/10, annars måste testresultaten korrigeras. Metoden kräver att d33 testar provets geometriska dimensioner enligt följande: förhållandet mellan längden L och bredden W på den platta keramiska skivan, det vill säga L/W> 5, för att säkerställa en enda längsgående längd av den platta piezokeramiska skivan i ett läge för att sträcka vibrationer och undvika störningar av testresultaten. annars kommer parasittoppar att dyka upp i resonanskurvan, vilket gör det svårt att bestämma resonansfrekvensen. Känd provmaterials bulkdensitet ρ (kg/m3), fri kapacitans CT (F) (inklusive de totala statiska och dynamiska kapacitansvärdena för den plattliknande piezokeramiska plattan uppmätt vid lågfrekvens C ,, C och C, vilket är C. + C₁.), Längd L (mm), ² bredd W (mm), tjocklek d (mm), tjocklek d (mm) resonansfrekvensen fs (Hz) för provet detekteras genom att lägga till en svepande exciteringssignal och den parallella resonansfrekvensen fp (Hz) för att beräkna d33-värdet. Vid beräkningen av d33 krävs att tid och frekvens är korrekta. På grund av noggrann mätning av fs och fp. Det är svårt, så du kan hänvisa till den V-formade nätverksöverföringsmetoden för att mäta den maximala resonansfrekvensen och antiresonansfrekvensen. Här kan fs och fp ersättas med fr och fa.

Testexperiment och analys

Två grupper av L * B * d med 5 H vardera på 20 mm x 5 mm x 1 mm och 60 mm x 5 mm x 1 mm piezoelektrisk keramik som skulle testas applicerades med ett givet tryck på 0,5 N för testexperiment. Testfrekvenssignalen (35 ~ 45 kHz) som appliceras i detekteringsprocessen justeras för signalfrekvens varje lo s, vilket är (40 ± 0,5 × n) kHz. Enkelchipsmikrodatorn samplar och erhåller ström- och spänningsvärdena för exciteringssignalerna med olika frekvenser, och detekterar och beräknar R, L, C och d33.

D33-parametertestberäkningen av provet som ska testas jämförs med testet med ett standard d33-parametermätinstrument. Resultaten visar att intervallet mellan max- och minimivärdena för testresultaten är stabilt inom ett acceptabelt intervall, och felet är mindre än 5 % jämfört med värdet som erhållits av standardtestaren. Parametrarna (R, L, C) för det piezokeramiska chipet som erhålls från den faktiska detekteringen överensstämmer väl med parametrarna som mäts av standardmätinstrumentet, vilket effektivt förbättrar testeffektiviteten och ger förutsättningar för den efterföljande onlinemätalgoritmen och enhetsdesignen.