características de amortiguación de acoplamiento electromecánico entre la cerámica piezo cristal y circuito eléctrico

Vistas:0 Autor:Editor del sitio Hora de publicación: 2020-03-05 Origen:Sitio

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Cerámica piezoeléctrica, como un nuevo material cerámico funcional, que se ha utilizado ampliamente en los muchos campos técnicos, incluida la solicitud en el campo del control de vibración estructural. Debido a su capacidad para transformar la energía mecánica y la energía eléctrica, se puede incrustar en el sistema como un sensor o actuador ultrasónico para el control activo de la vibración estructural. Cuando los materiales cerámicos piezoeléctricos y los circuitos externos forman un circuito cerrado, debido al acoplamiento mecánico y eléctrico, mostrará algunas características de amortiguación, que se pueden usar para el control pasivo de las estructuras.

En 1979, primero propuso primero la posibilidad de usar cerámicas piezoeléctricas en paralelo con componentes de circuito para el control de vibración, y luego Hagood y von, en este documento, las características de acoplamiento mecánico y eléctrico de las cerámicas piezoeléctricas y los circuitos externos están teóricamente modelados, y la influencia. deTUBO PIZOCERAMICO PZT en la vibración en voladizo cuando están conectados en paralelo con circuito de resistencia pura y circuito de inductancia de resistencia a la serie, respectivamente. Los resultados experimentales están en buen acuerdo con los resultados teóricos, que demuestran sistemáticamente la viabilidad de las cerámicas piezoeléctricas y los circuitos externos en paralelo para el control de la vibración. Desde entonces, muchos investigadores han comenzado a invertir en este campo.

Para aplicar mejor las características de amortiguación deTransductor de nivel ultrasónicoal control de vibración, basado en el trabajo de investigación en este documento, se establece un modelo teórico de las características teóricas del acoplamiento paralelo de la cerámica piezoeléctrica con los circuitos de capacidad de resistencia y capacitancia de la resistencia, y el modelo teórico se verifica en función del sistema en voladizo, que proporciona Una base teórica para la aplicación de cerámicas piezoeléctricas en el campo de la base de control pasivo.

Características de amortiguación de cerámica piezoeléctrica paralela.

Los materiales cerámicos piezoeléctricos tienen la propiedad de la conversión de energía mecánica en energía eléctrica. Cuando las cerámicas piezoeléctricas están sujetas a fuerza externa, la superficie producirá una carga eléctrica. Si la cerámica piezoeléctrica está en el estado del circuito, la carga se reunirá en la superficie de la cerámica piezoeléctrica. Cuando la cerámica piezoeléctrica forme un circuito cercano con el circuito externo, parte de la carga eléctrica se consumirá en forma de energía térmica por la impedancia en el circuito, es decir, que parte de la energía mecánica se liberará en forma de energía térmica. Este es el mecanismo de que las cerámicas piezoeléctricas y los circuitos externos están conectados en paralelo para el control de vibración pasiva.

1.2 Modelo teórico.

Desde el punto de vista eléctrico, la cerámica piezoeléctrica se puede simplificar como un modelo de serie de una fuente de voltaje y un condensador. Es un modelo eléctrico equivalente de cerámica piezo en paralelo con el circuito externo. La impedancia eléctrica del sistema cuando el circuito externo está cerrado o abierto. La impedancia mecánica es equivalente a la rigidez mecánica de los materiales piezoeléctricos. Por lo tanto, las características de amortiguación de las cerámicas piezoeléctricas paralelas, el factor de disipación de la energía y la relación de rigidez E se pueden definir respectivamente. Cuando los circuitos externos sean la inductancia de resistencia, el circuito paralelo del circuito paralelo y el circuito de la serie de capacitancia negativa, respectivamente, el modelo de características de amortiguación del material de la cerámica piezoeléctrica. Se puede obtener: Las características de amortiguación de la cerámica piezoeléctrica y el coeficiente de acoplamiento electromecánico de cerámica piezoeléctrica, la frecuencia de trabajo y el factor de vibración están relacionados. Las características de amortiguación de las cerámicas piezoeléctricas paralelas están relacionadas con muchos factores, como las características de la cerámica piezoeléctrica, los tipos de circuitos externos y los parámetros específicos del circuito. Con el cambio de estos factores, las cerámicas piezoeléctricas muestran diferentes características de amortiguación.

Investigación de simulación basada en el sistema de haz de voladizo.

Para verificar la influencia del tipo de circuito y los parámetros relacionados en las características de amortiguación de paralelo.Transductores de cerámica piezoeléctrica, se diseñó un conjunto de sistema de simulación basado en la viga en voladizo. La lámina de cerámica piezoeléctrica PZT-5 se pega en la superficie de la viga en voladizo, la superficie de la viga se conecta a tierra y se muestra la dirección de polarización de la lámina de cerámica piezoeléctrica. Entre las cuatro hojas de cerámica piezoeléctricas, dos son actuadores, que son las fuentes de conducción de vibraciones de haz en voladizo; Uno es el sensor, que refleja la intensidad de la vibración de la posición correspondiente en el haz de voladizo a través del valor de voltaje medido; El otro está en paralelo con el circuito externo, el primer par de hojas cerámicas piezoeléctricas es de 60 mm * 26.4mm * 0.25mm, y el segundo par es de 50 mm * 26.4mm * 0.25mm. La distancia entre el extremo izquierdo de dos pares de chips de cerámica piezo y el extremo fijo de la viga en voladizo es de 18 mm y 100 mm, respectivamente. Existe una relación de función de transferencia entre el voltaje de entrada del actuador y la tensión de salida del sensor. Al comparar la función de transferencia del circuito paralelo externo en circuito abierto y circuito cerrado, se puede determinar la influencia de las cerámicas piezoeléctricas paralelas en la vibración del sistema.

Según el modelo anterior, la influencia de la cerámica piezoeléctrica en la vibración del sistema de haz en voladizo se simula en cuatro casos. Es la resistencia, la inductancia de la resistencia de las series, la inductancia de resistencia paralela y la capacitancia negativa de la resistencia paralela. La capacitancia negativa se realiza mediante el circuito de conversión de impedancia negativa. Los parámetros del voladizo y las cerámicas piezoeléctricas utilizadas en la simulación solo involucran el primer modo del voladizo, y se considera la influencia del cambio de resistencia en las características de amortiguación de la cerámica piezoeléctrica.

En los diferentes circuitos paralelos, la cerámica piezoeléctrica tiene una gran influencia en la vibración del sistema de haz en voladizo. Para el mismo circuito, el efecto de amortiguación cambia con el cambio de valor de resistencia, y existe un valor óptimo de la tendencia de cambio. Esto es consistente con el modelo teórico en la parte anterior. Puede verse a partir de la comparación de que el efecto de amortiguación es el más pequeño cuando está conectado en paralelo con la resistencia, y el más fuerte, cuando está conectado en paralelo con el circuito de la serie de capacitancia negativa de resistencia. Para dos tipos de circuitos paralelos de inductancia de resistencia, la influencia de la cerámica piezoeléctrica en el sistema es similar, pero la sensibilidad del rendimiento de amortiguación con el cambio de resistencia es bastante diferente. Además, cuando la resistencia del circuito de inductancia de resistencia de la serie cambia de gran a pequeña, y la resistencia del circuito de inductancia de resistencia paralela cambia de pequeños a grandes, la tendencia de su influencia en el rendimiento del sistema de voladizo es el mismo. Teniendo en cuenta las características de amortiguación de las piezocerámicas en paralelo y su influencia en el rendimiento del sistema, se realiza una comparación integral.