Новини

Ви тут: додому / Новини / Основи п'єзоелектричної кераміки / Характеристики демпфування електромеханічного зв'язку між кристалом п'єзокераміки та електричним ланцюгом

Характеристики демпфування електромеханічного зв’язку між кристалом п’єзокераміки та електричним ланцюгом

Перегляди: 4 Автор: Редактор сайту Час публікації: 2020-03-05 Походження: Сайт

Запитуйте

П'єзоелектрична кераміка, як новий функціональний керамічний матеріал, який широко використовується в багатьох технічних галузях, включаючи застосування в області структурного контролю вібрації. Завдяки здатності перетворювати механічну енергію та електричну енергію його можна вбудувати в систему як ультразвуковий датчик або привод для активного контролю структурної вібрації. Коли п’єзоелектричні керамічні матеріали та зовнішні ланцюги утворюють замкнутий ланцюг, завдяки механічному та електричному з’єднанню, він демонструватиме деякі характеристики демпфування, які можна використовувати для пасивного керування конструкціями.

У 1979 році Форвард вперше запропонував можливість використання п’єзоелектричної кераміки паралельно з компонентами схеми для контролю вібрації, а потім Хагуд і фон. У цій статті теоретично змодельовано характеристики механічного та електричного зв’язку п’єзоелектричної кераміки та зовнішніх ланцюгів, а також вплив на П'єзокерамічна трубка PZT вібрацію кантилевера, коли вони з’єднані паралельно ланцюгу чистого опору та послідовному ланцюгу індуктивності опору відповідно. Експериментальні результати добре узгоджуються з теоретичними результатами, що систематично доводить можливість використання п’єзоелектричної кераміки та зовнішніх ланцюгів паралельно для контролю вібрації. Відтоді багато дослідників почали інвестувати в цю сферу.

Щоб краще застосувати характеристики демпфування Ультразвуковий перетворювач рівня для контролю вібрації, заснований на дослідницькій роботі в цій статті, встановлено теоретичну модель характеристик демпфування паралельного зв’язку п’єзоелектричної кераміки з ланцюгами індуктивності опору та ємності опору, а теоретичну модель перевірено на основі консольної системи, яка забезпечує теоретичну основу для застосування п’єзоелектричної кераміки в області пасивної основи керування.

Демпфірувальні характеристики паралельної п'єзокераміки

П'єзоелектричні керамічні матеріали мають властивість перетворювати механічну енергію в електричну. Коли на п’єзоелектричну кераміку діє зовнішня сила, поверхня вироблятиме електричний заряд. Якщо п’єзокераміка знаходиться в стані ланцюга, заряд збиратиметься на поверхні п’єзокераміки. Коли п’єзоелектрична кераміка утворює тісний ланцюг із зовнішнім ланцюгом, частина електричного заряду споживатиметься у вигляді теплової енергії імпедансом у ланцюзі, тобто частина механічної енергії буде вивільнена у формі теплової енергії. Це механізм, за допомогою якого п’єзоелектрична кераміка та зовнішні ланцюги з’єднані паралельно для пасивного контролю вібрації.

1.2 теоретична модель

З електричної точки зору п'єзоелектричну кераміку можна спростити як послідовну модель джерела напруги та конденсатора. Це еквівалентна електрична модель п'єзокераміки паралельно зовнішньому контуру. Електричний опір системи, коли зовнішнє коло замкнуте або розімкнене. Механічний імпеданс еквівалентний механічній жорсткості п'єзоелектричних матеріалів. Таким чином, характеристики демпфування паралельної п’єзоелектричної кераміки, коефіцієнт розсіювання енергії ŋ та коефіцієнт жорсткості e можуть бути визначені відповідно. Коли зовнішні ланцюги є паралельною ланцюгом індуктивності опору та послідовною ланцюгом негативної ємності опору відповідно, можна отримати модель характеристик демпфування матеріалу п’єзоелектричної кераміки: характеристики демпфування п’єзоелектричної кераміки та електромеханічного зв’язку коефіцієнт п'єзоелектричної кераміки, робоча частота та коефіцієнт вібрації пов'язані між собою. Характеристики демпфування паралельної п’єзоелектричної кераміки пов’язані з багатьма факторами, такими як характеристики п’єзоелектричної кераміки, типи зовнішніх ланцюгів і конкретні параметри ланцюга. Зі зміною цих факторів п'єзокераміка демонструє різні характеристики демпфування.

Імітаційне дослідження на основі системи консольних балок

Щоб перевірити вплив типу ланцюга та відповідних параметрів на характеристики демпфування паралельного п'єзоелектричних керамічних перетворювачів розроблено набір імітаційної системи на основі консольної балки. П'єзоелектричний керамічний лист PZT-5 наклеєний на поверхню консольного променя, поверхня променя заземлена, і показано напрямок поляризації п'єзоелектричного керамічного листа. Серед чотирьох п’єзоелектричних керамічних листів два є актуаторами, які є приводними джерелами вібрації балки консолі; один - датчик, який відображає інтенсивність вібрації відповідного положення на консольній балці через вимірюване значення напруги; інший паралельний зовнішньому ланцюгу, перша пара п’єзоелектричних керамічних листів має розміри 60 мм * 26,4 мм * 0,25 мм, а друга пара — 50 мм * 26,4 мм * 0,25 мм. Відстань між лівим кінцем двох пар п’єзокерамічних мікросхем і фіксованим кінцем консольної балки становить 18 мм і 100 мм відповідно. Між вхідною напругою приводу та вихідною напругою датчика існує передавальна функція. Шляхом порівняння функції передачі зовнішнього паралельного контуру у відкритому та замкнутому контурах можна визначити вплив паралельної п’єзоелектричної кераміки на вібрацію системи.

Згідно з наведеною вище моделлю, вплив п’єзоелектричної кераміки на вібрацію консольної балкової системи моделюється в чотирьох випадках. Це опір, індуктивність послідовного опору, індуктивність паралельного опору та від’ємна ємність паралельного опору. Від’ємна ємність реалізується ланцюгом перетворення від’ємного опору. Параметри кантилевера та п’єзокераміки, що використовуються в моделюванні, включають лише першу моду кантилевера, і розглядається вплив зміни опору на характеристики демпфування п’єзокераміки.

У різних паралельних ланцюгах п’єзоелектрична кераміка має великий вплив на вібрацію консольної балкової системи. Для тієї самої схеми ефект демпфування змінюється зі зміною значення опору, і існує оптимальне значення від тенденції зміни. Це узгоджується з теоретичною моделлю в попередній частині. З порівняння видно, що демпфіруючий ефект є найменшим, коли з’єднаний паралельно з опором, і найсильнішим, коли з’єднаний паралельно з негативною ємністю опору. Для двох типів паралельних ланцюгів індуктивності опору вплив п’єзоелектричної кераміки на систему є подібним, але чутливість демпфування зі зміною опору є досить різною. Крім того, коли опір індуктивного ланцюга послідовного опору змінюється від великого до малого, а опір паралельного ланцюга індуктивності опору змінюється від малого до великого, тенденція їх впливу на продуктивність консольної системи є однаковою. З огляду на характеристики демпфування п’єзокераміки паралельно та її вплив на продуктивність системи, зроблено комплексне порівняння.