Дослідження п'єзоелектричного керамічного поляризаційного пристрою для ультразвукового двигуна

1 Запропонована поляризація
Ультразвуковий двигун типу біжучої хвилі покладається на біжучу хвилю в еластичному тілі для отримання обертального моменту за рахунок тертя між ротором. Згідно з основним принципом роботи ультразвукового двигуна типу біжучої хвилі, звичайний метод, прийнятий для п’єзоелектричного вібратора, полягає в тому, щоб спочатку розділити відповідно до режиму вібрації, скільки розділів і скільки разів поляризації. Дослідження показало, що ця поляризація п'єзоелектричних вібраторів має серйозні недоліки. Через множинні поляризації ефекти поляризації розділів після поляризації різні, тому амплітуди згинальних хвиль, збуджуваних двома наборами п’єзоелектричних вібраторів, не можуть бути збалансовані. У цей час коефіцієнт тертя між ротором і статором нижчий, що впливає на продуктивність двигуна. Для того, щоб вирішити вищезазначені проблеми та покращити однорідність поляризації, у цій статті пропонується одночасний ізотропний режим поляризації. По-перше, п'єзоелектрична кераміка спочатку розділяється, а потім позитивна полярність вихідної напруги схеми генерації високої напруги підключається до позитивної поляризації п'єзоелектричної кераміки через пристрій розподілу електричного поля; негативна полярність вихідної напруги підключається до зворотного боку п'єзокераміки. Після подачі напруги на поляризаційний пристрій п'єзокераміка одночасно поляризується в тому ж напрямку.

2 загальна структура
На додаток до загальновживаної теплової поляризації, Процес поляризації п'єзокерамічного кристала кварцового стрижня також має поляризацію високої температури та низької напруги, процес резонансної поляризації тощо. Різні процеси поляризації мають різні вимоги до конструкції поляризаційних пристроїв. Відповідно до передумови відповідності вимогам до поляризації, щоб зробити розроблений поляризаційний пристрій простим і надійним, операція проста, вони вибирають процес термічної поляризації, тобто п’єзоелектричну кераміку, яку потрібно поляризувати, поміщають у силіконову олію та нагрівають до 100 °C ~ 150 °C, а потім подають струм через п’єзоелектричну кераміку так, щоб домени вирівнювалися якомога далі в напрямок зовнішнього електричного поля та виведений через деякий час. Механізм поляризації полягає просто під дією сильного електричного поля постійного струму, спочатку хаотично орієнтовані області поляризації (електричні домени) розташовані в порядку вздовж напрямку електричного поля. Після зняття електричного поля домени в керамічному тілі все ще зберігають певний напрямок уздовж електричного поля. Таким чином, ізотропний полікристал (немає зсуву електричного центру тяжіння та немає п’єзоелектрики) стає анізотропним полікристалом, так що п’єзокерамічне тіло має п’єзоелектричні властивості. Відповідно до вимог процесу термічної поляризації, поляризаційний пристрій повинен забезпечувати постійну температуру поляризації, відповідне електричне поле поляризації та бажаний розподіл електричного поля. Згідно з вимогами до конструкції, п'єзоелектричний керамічний поляризаційний пристрій повинен складатися в основному з наступних трьох частин:
1 нагрівальний контур. В основному за допомогою нагрівача, регулятора температури. Він складається з поляризаційної канавки.
2 поляризаційна схема генерування високої напруги.
3 пристрій розподілу електричного поля.

3 терморегулятор
Система базується на мікроконтролері як ядрі для управління та координації всього контролера. Він використовує датчик температури як компонент для вимірювання температури, схему V/F як аналого-цифрове перетворення, сильну здатність запобігати перешкодам. У контролері температури такі функції, як встановлення та запуск параметрів температури та керування, можуть виконуватися за допомогою клавіатури та схеми дисплея. Програма контролера приймає алгоритм. Принцип керування полягає в тому, щоб спочатку знайти значення відхилення вимірюваної температури поляризації та встановленої температури, а потім обробити значення відхилення для отримання керуючого сигналу для регулювання коефіцієнта заповнення вихідного сигналу, таким чином регулюючи співвідношення часу нагрівання в певний період, який використовується для контролю температури поляризаційної ванни. Робочий процес системи полягає в наступному: сигнал температури перетворюється на сигнал напруги за допомогою вбудованого датчика температури, а сигнал напруги посилюється та фільтрується для виконання перетворення частоти напруги, і виходить серія імпульсів, сумісна з логічною схемою, а частота імпульсів і температура точно пропорційні. Після виділення імпульсу оптопарою він надходить на вхід в однокристальний мікрокомп'ютер. Після виконання програми можна отримати поточне значення температури. Температуру порівнюють із встановленим значенням температури, щоб отримати відхилення температури. Контрольна величина розраховується за алгоритмом і контролюється. Час увімкнення-вимкнення напруги, що подається на нагрівач для досягнення мети контролю температури.

4 поляризаційна схема високої напруги
Функція поляризаційної високої напруги Схема генерації п’єзоелектричного дискового перетворювача має забезпечити відповідні умови електричного поля для поляризації, яка є ключовою частиною п’єзоелектричного керамічного поляризаційного пристрою. У поляризаційній схемі генерування високої напруги центральний трансформатор регулювання напруги відводу та підвищувальний трансформатор використовуються для підвищення комерційної потужності, виведення високої напруги змінного струму, а потім випрямлення через схему мостового випрямляча для отримання високої напруги постійного струму, необхідної для поляризації. Під час роботи поляризації трансформатор регулювання напруги повільно регулюється для повільного збільшення вихідної напруги постійного струму, забезпечуючи відповідне електричне поле постійного струму для поляризації. Під час поляризаційного експерименту виявлено, що коли вихідна напруга регулюється до певного значення, вихідна напруга буде повільно падати в міру просування процесу поляризації. Для того, щоб підтримувати процес поляризації стабільним, нам це потрібно, регулюючи трансформатор регулювання напруги, вхідна напруга постійно збільшується для стабілізації вихідної напруги.

5 Висновок
Дослідження показує, що п’єзоелектрична постійна d33 кожної зони п’єзоелектричної кераміки, поляризованої одночасно в одному напрямку, є більш послідовною та рівномірною, що є корисним для покращення вихідної ефективності ультразвукового двигуна. Щоб покращити п’єзоелектричність п’єзоелектричної кераміки та покращити продуктивність ультразвукового двигуна, автор провів фундаментальні дослідження поляризаційного пристрою п’єзоелектричного пристрою та досяг певних результатів, але подальше вдосконалення продуктивності п’єзоелектричної кераміки також буде залежати від наступних аспектів роботи:

1 Подальше вивчення п’єзоелектричних керамічних матеріалів, удосконалення процесу їх виготовлення та властивостей матеріалів.
2 Вивчайте нові методи поляризації та спробуйте максимізувати ефективність матеріалів.
3 Покращте поляризаційну схему генерування високої напруги, щоб покращити якість електроенергії та діапазон живлення.
4 Експериментально шукали оптимальні умови поляризації для різних п’єзокерамік.