Caractéristiques d'amortissement du couplage électromécanique entre la céramique piézo-cristal et le circuit électrique

Nombre Parcourir:0 auteur:Éditeur du site publier Temps: 2020-03-05 origine:Propulsé

enquête

La céramique piézoélectrique, comme nouveau matériau en céramique fonctionnelle, qui a été largement utilisé dans les nombreux champs techniques, y compris l'application dans le domaine du contrôle des vibrations structurelles. En raison de sa capacité à transformer l'énergie mécanique et l'énergie électrique, elle peut être intégrée dans le système en tant que capteur ou actionneur à ultrasons pour le contrôle actif des vibrations structurelles. Lorsque les matériaux en céramique piézoélectrique et les circuits externes forment un circuit fermé, en raison du couplage mécanique et électrique, il montrera certaines caractéristiques d'amortissement, qui peuvent être utilisées pour le contrôle passif des structures.

En 1979, l'avant a d'abord proposé la possibilité d'utiliser la céramique piézoélectrique en parallèle avec des composants de circuit pour le contrôle des vibrations, puis Hagood et Von, dans cet article, les caractéristiques de couplage mécanique et électrique des céramiques piézoélectriques et des circuits externes sont théoriquement modélisés, et l'influence deTube piézocéramique PZT Sur les vibrations en porte-à-faux lorsqu'elles sont connectées en parallèle avec un circuit de résistance pur et un circuit d'inductance de résistance série respectivement. Les résultats expérimentaux sont en bon accord avec les résultats théoriques, ce qui prouve systématiquement la faisabilité de la céramique piézoélectrique et des circuits externes en parallèle pour le contrôle des vibrations. Depuis lors, de nombreux chercheurs ont commencé à investir dans ce domaine.

Afin de mieux appliquer les caractéristiques d'amortissement detransducteur de niveau ultrasoniqueÀ un contrôle des vibrations, basé sur les travaux de recherche dans cet article, un modèle théorique des caractéristiques d'amortissement du couplage parallèle de la céramique piézoélectrique avec des circuits de résistance et de capacité de résistance est établi, et le modèle théorique est vérifié sur la base du système en porte-à-faux, qui fournit Une base théorique pour l'application de la céramique piézoélectrique dans le domaine de la Fondation de contrôle passive.

Caractéristiques d'amortissement de la céramique piézoélectrique parallèle

Les matériaux en céramique piézoélectrique ont la propriété de convertir l'énergie mécanique en énergie électrique. Lorsque la céramique piézoélectrique est soumise à une force externe, la surface produira une charge électrique. Si la céramique piézoélectrique est à l'état du circuit, la charge se réunira à la surface de la céramique piézoélectrique. Lorsque la céramique piézoélectrique forme un circuit rapproché avec le circuit externe, une partie de la charge électrique sera consommée sous forme d'énergie thermique par l'impédance dans le circuit, c'est-à-dire qu'une partie de l'énergie mécanique sera libérée sous la forme de énergie thermique. C'est le mécanisme que la céramique piézoélectrique et les circuits externes sont connectés en parallèle pour le contrôle des vibrations passives.

1.2 Modèle théorique

Du point de vue électrique, la céramique piézoélectrique peut être simplifiée comme un modèle série d'une source de tension et d'un condensateur. Il s'agit d'un modèle électrique équivalent de la céramique piézotique en parallèle avec le circuit externe. L'impédance électrique du système lorsque le circuit externe est fermé ou ouvert. L'impédance mécanique équivaut à la rigidité mécanique des matériaux piézoélectriques. Par conséquent, les caractéristiques d'amortissement de la céramique piézoélectrique parallèle, le facteur de dissipation d'énergie ŋ et le rapport de rigidité peuvent être définis respectivement.Lorsque les circuits externes sont respectivement le modèle de caractéristiques d'amortissement de la résistance de la résistance du circuit de la céramique piézoélectrique du matériau, le modèle de caractéristiques d'amortissement des matériaux du piézoélectricité de la céramique piézoélectrique. Peut être obtenu: Les caractéristiques d'amortissement de la céramique piézoélectrique et du coefficient de couplage électromécanique de la céramique piézoélectrique, de la fréquence de travail et du facteur de vibration sont tous liés. Les caractéristiques d'amortissement de la céramique piézoélectrique parallèle sont liées à de nombreux facteurs, tels que les caractéristiques de la céramique piézoélectrique, les types de circuits externes et les paramètres de circuit spécifiques. Avec le changement de ces facteurs, la céramique piézoélectrique présente différentes caractéristiques d'amortissement.

Recherche de simulation basée sur le système de faisceau en porte-à-faux

Afin de vérifier l'influence du type de circuit et des paramètres associés sur les caractéristiques d'amortissement du parallèleTransducteurs de céramique piézoélectrique, un ensemble de systèmes de simulation basés sur le faisceau en porte-à-faux est conçu. La feuille de céramique piézoélectrique PZT-5 est collée à la surface de la poutre en porte-à-faux, la surface du faisceau est mise à la terre et la direction de polarisation de la feuille de céramique piézoélectrique est représentée. Parmi les quatre feuilles de céramique piézoélectrique, deux sont des actionneurs, qui sont les sources motrices de vibration du faisceau en porte-à-faux; L'un est le capteur, qui reflète l'intensité de vibration de la position correspondante sur le faisceau en porte-à-faux à travers la valeur de tension mesurée; L'autre est en parallèle avec le circuit externe, la première paire de feuilles de céramique piézoélectrique est de 60 mm * 26,4 mm * 0,25 mm, et la deuxième paire est de 50 mm * 26,4 mm * 0,25 mm. La distance entre l'extrémité gauche de deux paires de copeaux en céramique piézo et l'extrémité fixe de la poutre en porte-à-faux est respectivement de 18 mm et 100 mm. Il existe une relation de fonction de transfert entre la tension d'entrée de l'actionneur et la tension de sortie du capteur. En comparant la fonction de transfert du circuit parallèle externe en circuit ouvert et en circuit fermé, l'influence de la céramique piézoélectrique parallèle sur la vibration du système peut être déterminée.

Selon le modèle ci-dessus, l'influence de la céramique piézoélectrique sur la vibration du système de faisceau en porte-à-faux est simulée dans quatre cas. C'est une résistance, une inductance de résistance série, une inductance de résistance parallèle et une capacité négative de la résistance parallèle. La capacité négative est réalisée par un circuit de conversion d'impédance négatif. Les paramètres de la céramique cantilever et piézoélectrique utilisés dans la simulation ne concernent que le premier mode du cantilever, et l'influence du changement de résistance sur les caractéristiques d'amortissement de la céramique piézoélectrique est considérée.

Dans les différentes circuits parallèles, la céramique piézoélectrique a une grande influence sur la vibration du système de poutre en porte-à-faux. Pour le même circuit, l'effet d'amortissement change avec le changement de valeur de résistance, et il y a une valeur optimale de la tendance de changement. Cela est cohérent avec le modèle théorique dans la partie précédente. On peut voir à partir de la comparaison que l'effet d'amortissement est le plus petit lorsqu'il est connecté en parallèle avec la résistance, et le plus fort lorsqu'il est connecté en parallèle avec le circuit de la série de capacités négatifs de résistance. Pour deux types de circuits parallèles de l'inductance de résistance, l'influence de la céramique piézoélectrique sur le système est similaire, mais la sensibilité des performances d'amortissement avec le changement de résistance est assez différente. De plus, lorsque la résistance du circuit d'inductance de résistance de la série passe de grande à petite, et que la résistance du circuit d'inductance de résistance parallèle passe de petite à grande, la tendance de leur influence sur les performances du système en porte-à-faux est la même. Compte tenu des caractéristiques d'amortissement des piézocéramiques en parallèle et de son influence sur les performances du système, une comparaison complète est faite.