Características de amortecimento do acoplamento eletromecânico entre cristal de cerâmica piezo e circuito elétrico

Número Browse:0 Autor:editor do site Publicar Time: 2020-03-05 Origem:alimentado

Inquérito

Cerâmica piezoelétrica, como um novo material cerâmico funcional, que foram amplamente utilizados nos muitos campos técnicos, incluindo a aplicação no campo do controle estrutural de vibração. Devido à sua capacidade de transformar energia mecânica e energia elétrica, ela pode ser incorporada ao sistema como sensor ultrassônico ou atuador para controle ativo da vibração estrutural. Quando materiais cerâmicos piezoelétricos e circuitos externos formam um circuito fechado, devido ao acoplamento mecânico e elétrico, ele mostrará algumas características de amortecimento, que podem ser usadas para controle passivo de estruturas.

Em 1979, a encaminhar primeiro propôs a possibilidade de usar cerâmica piezoelétrica em paralelo com componentes de circuito para controle de vibração, e então HeBood e von, nesse documento, as características mecânicas e elétricas de acoplamento de cerâmicas piezoelétricas e circuitos externos são teoricamente modelados, e a influência doTubo Pizzocerâmico PZT. Na vibração do cantilever quando eles estão conectados em paralelo com circuito de indutância de circuito de resistência pura e resistência à série, respectivamente. Os resultados experimentais estão em boa concordância com os resultados teóricos, que provêm sistematicamente a viabilidade de cerâmica piezoelétrica e circuitos externos em paralelo para o controle de vibração. Desde então, muitos pesquisadores começaram a investir neste campo.

A fim de melhor aplicar as características de amortecimento detransdutor de nível ultra-sônico.Para o controle de vibração, com base no trabalho de pesquisa neste trabalho, um modelo teórico das características de amortecimento do acoplamento paralelo de cerâmicas piezoelétricas com circuitos de insignificância e resistência é estabelecido, e o modelo teórico é verificado com base no sistema Cantilever, que fornece uma base teórica para a aplicação de cerâmicas piezoelétricas no campo da fundação de controle passivo.

Características de amortecimento de cerâmicas piezoelétricas paralelas

Materiais cerâmicos piezoelétricos têm a propriedade de converter energia mecânica em energia elétrica. Quando as cerâmicas piezoelétricas são submetidas a força externa, a superfície produzirá carga elétrica. Se a cerâmica piezoelétrica estiver no estado do circuito, a carga se reunirá na superfície da cerâmica piezoelétrica. Quando a cerâmica piezoelétrica formam um circuito próximo com o circuito externo, parte da carga elétrica será consumida sob a forma de energia térmica pela impedância no circuito, ou seja, parte da energia mecânica será liberada sob a forma de energia termica. Este é o mecanismo de que cerâmicas piezoelétricas e circuitos externos são conectados em paralelo para o controle de vibração passiva.

1.2 Modelo teórico

Do ponto de vista elétrico, a cerâmica piezoelétrica pode ser simplificada como um modelo de série de uma fonte de tensão e um capacitor. É um modelo elétrico equivalente de cerâmica piezo em paralelo com o circuito externo. A impedância elétrica do sistema quando o circuito externo é fechado ou aberto. A impedância mecânica é equivalente à rigidez mecânica dos materiais piezoelétricos. Portanto, as características de amortecimento da cerâmica piezoelétrica paralela, o fator de dissipação de energia ŋ e o rácio de rigidez e podem ser definidos respectivamente. Quando os circuitos externos são circuito paralelo de indutância de resistência e resistência ao circuito negativo da série de capacitância, respectivamente, o modelo de características de amortecimento de material de cerâmica piezoelétrica Pode ser obtido: as características de amortecimento da cerâmica piezoelétrica e o coeficiente de acoplamento eletromecânico de cerâmica piezoelétrico, frequência de trabalho e fator de vibração estão todos relacionados. As características de amortecimento das cerâmicas piezoelétricas paralelas estão relacionadas a muitos fatores, como as características da cerâmica piezoelétrica, os tipos de circuitos externos e parâmetros de circuito específicos. Com a mudança desses fatores, a cerâmica piezoelétrica mostram diferentes características de amortecimento.

Pesquisa de simulação baseada no sistema de feixe Cantilever

A fim de verificar a influência do tipo de circuito e parâmetros relacionados nas características de amortecimento de paraleloTransdutores de cerâmica piezoelétrico, um conjunto de sistema de simulação baseado no feixe cantilever é projetado. A folha cerâmica piezoelétrica PZT-5 é colada na superfície do feixe de cantilever, a superfície do feixe é fundamentada e a direção da polarização da folha cerâmica piezoelétrica é mostrada. Entre as quatro folhas cerâmicas piezoelétricas, dois são atuadores, que são as fontes de condução da vibração do feixe de cantilever; Um é o sensor, que reflete a intensidade de vibração da posição correspondente no feixe cantilever através do valor de tensão medido; O outro é paralelo com o circuito externo, o primeiro par de folhas cerâmicas piezoelétricas é de 60 mm * 26,4 mm * 0,25 mm, e o segundo par é de 50 mm * 26,4 mm * 0,25 mm. A distância entre a extremidade esquerda de dois pares de chips de cerâmica piezo e a extremidade fixa do feixe cantilever é de 18 mm e 100mm, respectivamente. Há uma relação de função de transferência entre a tensão de entrada do atuador e a tensão de saída do sensor. Ao comparar a função de transferência do circuito paralelo externo em circuito aberto e circuito fechado, a influência da cerâmica piezoelétrica paralela na vibração do sistema pode ser determinada.

De acordo com o modelo acima, a influência da cerâmica piezoelétrica na vibração do sistema de feixe cantilever é simulada em quatro casos.É resistência, indutância da resistência da série, indutância paralela da resistência e capacidade negativa da resistência paralela. A capacitância negativa é realizada pelo circuito de conversão de impedância negativa. Os parâmetros da cerâmica cantilever e piezoelétrico utilizados na simulação envolvem apenas o primeiro modo do cantilever, e a influência da mudança de resistência nas características de amortecimento da cerâmica piezoelétrica é considerada.

Nos diferentes circuitos paralelos, a cerâmica piezoelétrica tem uma grande influência na vibração do sistema de feixe cantilever. Para o mesmo circuito, o efeito de amortecimento muda com a mudança de valor de resistência, e há um valor ideal da tendência de alteração. Isso é consistente com o modelo teórico na parte anterior. Pode ser visto a partir da comparação de que o efeito de amortecimento é o menor quando conectado em paralelo com a resistência, e os mais fortes quando é conectado em paralelo com o circuito da série de capacitância negativa de resistência. Para dois tipos de circuitos paralelos de indutância de resistência, a influência da cerâmica piezoelétrica no sistema é semelhante, mas a sensibilidade do desempenho do amortecimento com a mudança de resistência é bastante diferente. Além disso, quando a resistência do circuito de indutância de resistência da série muda de grande para pequena, e a resistência do circuito de indutância de resistência paralela mudanças de pequenos a grandes, a tendência de sua influência no desempenho do sistema cantilever é a mesma. Considerando as características de amortecimento das piezocerâmicas em paralelo e sua influência no desempenho do sistema, é feita uma comparação abrangente.