Pesquisa sobre sensibilidade de componentes de transdutores cerâmicos piezoelétricos

Devido ao efeito piezoelétrico, a cerâmica piezoelétrica pode converter diretamente a não eletricidade em eletricidade, e sua constante piezoelétrica pode ser muito melhorada ajustando a composição da composição.ou mudando a combinação de folhas piezocerâmicas, melhorando assim sua sensibilidade. Portanto, o transdutor Picerâmica ezoelétrica como elementos sensíveis estão recebendo mais e mais atenção. O princípio básico e a composição do sensor piezoelétrico são brevemente introduzidos. Os fatores que afetam a sensibilidade do sensor piezoelétrico são discutidos em detalhes de estática e dinâmica. Nesta base, um método eficaz para melhorar a sensibilidade é obtido.

O sensor é um dispositivo com função de detecção amplamente utilizado nos campos da indústria, agricultura, defesa nacional e medicina. É chamado \"Electric Cinco \", que detecta várias quantidades não elétricas, simulando as funções das características faciais humanas. O transdutor de disco redondo piezo com efeito piezoelétrico é um dos PZTMaterials para fazer sensores. Sensores piezoelétricos que estão familiarizados com incluem acelerômetros piezoelétricos, giroscópios piezoelétricos, medidores de pressão piezoelétrico e galvanômetros. Com o avanço da tecnologia, muitos novos sensores nasceram e o desempenho dos sensores existentes também foi melhorado. A sensibilidade é um indicador importante do sensor. Os seguintes fatores discutem os fatores que afetam a sensibilidade do sensoraspectos estáticos e dinâmicos.

Básicoprincos ecomposição de.pIezoelétricoceramicsOs gerores são dispositivos que usam efeitos piezoelétricos das folhas cerâmicas piezoelétricas para converter o estresse (ou tensão) em tensão (ou carga) e, em seguida, amplificam e as produzem através de um amplificador. As folhas cerâmicas piezoelétricas são os principais componentes. A partir da perspectiva da conversão de sinal, as folhas cerâmicas piezoelétricas são equivalentes a um gerador de carga.

A piezO sensor ocerâmico é composto por um sistema mecânico que transmite força externa para a folha cerâmica piezoelétrica, um piezofolha de cerâmica elétrica e um circuito de medição que transfere a carga elétrica para o medidor. O sistema mecânico é uma parte do suporte para montagem e fixação da folha cerâmica piezoelétrica. O sistema está em contato direto com o mundo exterior, e quando submetido a uma força externa, o suporte e a folha cerâmica piezoelétrica são deformados juntos. A folha cerâmica piezoelétrica gera uma saída de carga por deformação. A linha de medição amplifica a carga e a transforma em uma saída de tensão.

2Fatores de afetar a sensibilidade do sensor piezoelétrico

A sensibilidade de umTransdutor de discos piezoelétricosé a proporção de um pequeno incremento de saída para um pequeno incremento da entrada correspondente. Quanto maior a proporção, maior a sensibilidade. A sensibilidade do sensor piezoelétrico está relacionada à sensibilidade das três partes que o tornam. Como as três partes estão conectadas em série, a sensibilidade do sensor piezoelétrico é multiplicada pela sensibilidade das três partes. A análise a seguir é realizada de estática e dinâmica, respectivamente.

2.1 Análise estática
A análise estática refere-se à análise da relação entre a entrada e a saída do sensor sob condições de estado estacionário. A variável de saída é apenas uma função da variável de entrada, ou seja, y = f (x), e sua sensibilidade é dy.

(1) Como há uma simples relação linear entre s e f, q e s, e u e q sob condições estáticas, pode ser alterada para U0 = Cijdija, onde o CIJ é o coeficiente de conformidade elástica equivalente do sistema mecânico; Dij é a constante piezoelétrica equivalente da cerâmica piezoelétrica; A é o fator de amplificação da linha de medição; O subscrito IJ representa a direção da força e a direção da deformação, respectivamente. A fim de aumentar a sensibilidade do sensor piezoelétrico, é eficaz aumentar o valor de um ou mais fatores. Entre eles, o potencial de aumentar o valor constante piezoelétrico da folha cerâmica piezoelétrica é maior, e a constante piezoelétrica pode ser aumentada ajustando a formulação da cerâmica piezoelétrica, e a piezoeletricidade pode ser suprimida pela combinação série-paralela das folhas cerâmicas piezoelétricas. Constantes, como a conexão paralela das folhas cerâmicas piezoelétricas, o dobro da sensibilidade de carga. Além disso, a seleção adequada das condições elétricas da folha de cerâmica piezoelétrica também pode aumentar o valor da constante piezoelétrica, tal como a cerâmica piezoelétrica no estado de curto-circuito de fronteira elétrica é maior que a constante piezoelétrica equivalente do estado aberto. Para cerâmica piezoelétrica, o modo de vibração é diferente, a constante piezoelétrica também é diferente, e a constante piezoelétrica tangencial (D15) é maior que a constante piezoelétrica de espessura (D33) e a constante piezoelétrica radial (D31). Os dados constantes piezoelétricos da cerâmica piezoelétrica PZT4. A sensibilidade do sensor elétrico está relacionada à sensibilidade dos três componentes que o tornam. Como os três componentes estão conectados em série, a sensibilidade do sensor piezoelétrico é multiplicada pela sensibilidade dos três componentes. A análise a seguir é realizada de estática e dinâmica, respectivamente.

2.1 Análise estática
A análise estática refere-se à análise da relação entre a entrada e a saída do sensor sob condições de estado estacionário. A variável de saída é apenas uma função da variável de entrada, ou seja, y = f (x), e sua sensibilidade é dy. A sensibilidade do sensor é que, como há uma simples relação linear entre s e f, q e s, e u e q sob condições estáticas, e a equação (1) pode ser alterada para U0 = Cijdija (2) onde a CIJ é a mecânica o coeficiente de conformidade elástica equivalente do sistema; Dij é a constante piezoelétrica equivalente dotransdutor de cerâmica discos peizoelétricos

; A é o fator de amplificação da linha de medição; O subscrito IJ representa a direção da força e a direção da deformação, respectivamente. A fim de aumentar a sensibilidade do sensor piezoelétrico, é eficaz aumentar o valor de um ou mais fatores. Entre eles, o potencial de aumentar o valor constante piezoelétrico da folha cerâmica piezoelétrico é maior, e a constante piezoelétrica pode ser aumentada ajustando a formulação da cerâmica piezoelétrica, e a piezoeletricidade pode ser melhorada pela combinação paralela da série da piezoelétrica. folhas de cerâmica. Constantes, como a conexão paralela das folhas cerâmicas piezoelétricas, o dobro da sensibilidade de carga. Além disso, a seleção adequada das condições elétricas da folha de cerâmica piezoelétrica também pode aumentar o valor da constante piezoelétrica, tal como a cerâmica piezoelétrica no estado de curto-circuito de fronteira elétrica é maior que a constante piezoelétrica equivalente do estado aberto. Para cerâmica piezoelétrica, o modo de vibração é diferente, a constante piezoelétrica também é diferente, e a constante piezoelétrica tangencial (D15) é maior que a constante piezoelétrica de espessura (D33) e a constante piezoelétrica radial (D31). Ele mostra o sinal contínuo de dados constantes piezoelétricos de cerâmica piezoelétrica PZT-4, que também pode ser sinais de pulso ou entrada periódica. Neste ponto, as características de saída do sensor não são mais estados estacionários, mas ocorre uma característica transitória de transição, ou seja, a relação entre a saída e a entrada será uma função do tempo. As características dinâmicas do sensor são geralmente analisadas usando características de frequência de amplitude. Em primeiro lugar, as características de frequência de amplitude do sistema mecânico do sensor piezoelétrico são discutidas. O sistema mecânico é geralmente classificado em um sistema de segunda ordem de grau de liberdade de liberdade. O relacionamento de freqüência de amplitude é calculado como x0 = sqrt (k / m) como a frequência natural do sistema. Onde K é o coeficiente de rigidez do sistema, m é a massa do sistema; N é o coeficiente de amortecimento relativo. Pode ser conhecido da equação de que, por um determinado valor de N, x / x0 no intervalo [0, 2 / (1 + 4n2, ûH (JX) û é uma constante, e o tamanho é igual a 1 / x20, Qual é o limite superior da frequência máxima do sistema. É 2x0 / (1 + 4N2). Em relação à análise dinâmica de folhas cerâmicas piezoelétricas, para a conveniência de discussão, pode ser aproximada que suas características de frequência de amplitude são constantes sobre uma faixa de frequência razoavelmente ampla, e Deff é equivalente na constante piezoelétrica. Finalmente, as características de frequência de amplitude da linha de medição são discutidas. Tomando o amplificador de carga como exemplo, o RI é a resistência de entrada da linha de medição; a é O fator de amplificação do amplificador; RF e CF são a resistência de feedback e a capacitância de feedback, respectivamente. No caso em que a ampliação é suficientemente grande, a característica da frequência de amplitude da linha de medição é plana que se cálculo da seguinte frequência. lationship, isto é, xm1 / rfcf. Em resumo, quando a frequência de variação da força externa está dentro do intervalo. A característica de frequência de amplitude do sensor piezoelétrico é plana.

A sensibilidade do sensor cerâmico piezoelétrico é conhecida da discussão acima. Em condições dinâmicas, quando a frequência da força externa está dentro do intervalo, a sensibilidade do sensor cerâmico piezoelétrico é expressa como dinâmica, e a folha cerâmica piezoelétrica é melhorada reduzindo a frequência natural do sistema mecânico. A constante piezoelétrica e o método de redução da capacitância de feedback da linha de medição podem melhorar a sensibilidade do sensor piezoelétrico.

uma. De acordo com a análise estática, para melhorar a sensibilidade do sensor piezoelétrico, a sensibilidade de cada componente pode ser melhorada, ou seja, o coeficiente de conformidade elástica do sistema mecânico, a constante piezoelétrica equivalente da peça cerâmica piezoelétrica, e o fator de amplificação de A linha de medição é melhorada. Entre eles, o potencial para aumentar a constante piezoelétrica da folha cerâmica piezoelétrica é o maior.
b. De acordo com a análise dinâmica, a sensibilidade do sensor piezoelétrico deve ser considerada em combinação com a frequência de mudança da força externa. Na faixa plana de características de frequência de amplitude, a sensibilidade do sensor piezoelétrico pode ser melhorada aumentando a massa do sistema mecânico, aumentando a constante piezoelétrica da folha cerâmica piezoelétrica, e reduzindo o coeficiente de rigidez do sistema mecânico e o feedback capacitância da linha de medição.
c. Combinado com análise estática e análise dinâmica, sabe-se que o aumento da constante piezoelétrica da folha cerâmica piezoelétrica pode efetivamente melhorar a sensibilidade do sensor piezoelétrico, e também é um dos métodos mais práticos. Isso é porque é mais fácil aumentar a constante piezoelétrica da folha cerâmica piezoelétrica, ajustando a composição química da cerâmica piezoelétrica. Além disso, a folha cerâmica piezoelétrica pode aumentar a constante piezoelétrica eficaz da folha cerâmica piezoelétrica, selecionando um modo de vibração adequado e uma combinação paralela da série.