Recherche sur la sensibilité des composants du transducteur en céramique piézoélectrique

En raison de l'effet piézoélectrique, la céramique piézoélectrique peut directement convertir la non-électricité en électricité, et sa constante piézoélectrique peut être considérablement améliorée en ajustant la composition de la compositionou changer la combinaison de feuilles piézocéramiques, améliorant ainsi efficacement sa sensibilité.La céramique ézoélectrique en tant qu'éléments sensibles reçoit de plus en plus d'attention. Le principe de base et la composition du capteur piézoélectrique sont brièvement introduits. Les facteurs affectant la sensibilité du capteur piézoélectrique sont discutés en détail de statique et de dynamique. Sur cette base, une méthode efficace pour améliorer la sensibilité est obtenue.

Le capteur est un appareil avec une fonction de détection largement utilisée dans les domaines de l'industrie, de l'agriculture, de la défense nationale et de la médecine. Il est appelé \"Electric Five \", qui détecte diverses quantités non électriques en simulant les fonctions des caractéristiques faciales humaines. Le transducteur à disque rond piézo avec effet piézoélectrique est l'un des pztmatériaux pour fabriquer des capteurs. Les capteurs piézoélectriques qui connaissent des accéléromètres piézoélectriques, des gyrons piézoélectriques, des manomètres piézoélectriques et des galvanomètres. Avec l'avancement de la technologie, de nombreux nouveaux capteurs sont nés et les performances des capteurs existantes ont également été améliorées. La sensibilité est un indicateur important du capteur. Les facteurs suivants discutent des facteurs affectant la sensibilité du capteur deAspects statiques et dynamiques.

De baseprinciples etccomposer depiezoélectriquecéramiquesLes Ensors sont des dispositifs qui utilisent les effets piézoélectriques des feuilles de céramique piézoélectrique pour convertir la contrainte (ou la déformation) en tension (ou charge), puis les amplifier et les sortir via un amplificateur. Les feuilles de céramique piézoélectrique sont les composants clés. Du point de vue de la conversion du signal, les feuilles de céramique piézoélectrique sont équivalentes à un générateur de charge.

Le PiezLe capteur océramique est composé d'un système mécanique qui transmet une force externe à la feuille de céramique piézoélectrique, une piézofeuille de céramique électrique et circuit de mesure qui transfère la charge électrique au compteur. Le système mécanique est une partie du support pour le montage et la fixation de la feuille de céramique piézoélectrique. Le système est en contact direct avec le monde extérieur, et lorsqu'il est soumis à une force externe, le support et la feuille de céramique piézoélectrique sont déformés ensemble. La feuille de céramique piézoélectrique génère une sortie de charge par déformation. La ligne de mesure amplifie la charge et la transforme en sortie de tension.

2Facteurs d'affecter la sensibilité du capteur piézoélectrique

La sensibilité d'unTransducteur de disques piézoélectriquesest le rapport d'un petit incrément de sortie à un petit incrément de l'entrée correspondante. Plus le rapport est élevé, plus la sensibilité est élevée. La sensibilité du capteur piézoélectrique est liée à la sensibilité des trois parties qui le font. Étant donné que les trois parties sont connectées en série, la sensibilité du capteur piézoélectrique est multipliée par la sensibilité des trois parties. L'analyse suivante est effectuée respectivement statique et dynamique.

2.1 Analyse statique
L'analyse statique fait référence à l'analyse de la relation entre l'entrée et la sortie du capteur dans des conditions d'état d'équilibre. La variable de sortie n'est qu'une fonction de la variable d'entrée, c'est-à-dire y = f (x), et sa sensibilité est DY.

(1) Puisqu'il existe une simple relation linéaire entre S et F, Q et S, et U et Q dans des conditions statiques, il peut être changé en U0 = Cijdija, où CIJ est le coefficient de conformité élastique équivalent du système mécanique; Le DIJ est la constante piézoélectrique équivalente de la céramique piézoélectrique; A est le facteur d'amplification de la ligne de mesure; L'indice IJ représente respectivement la direction de la force et la direction de la déformation. Afin d'augmenter la sensibilité du capteur piézoélectrique, il est efficace d'augmenter la valeur d'un ou plusieurs facteurs. Parmi eux, le potentiel d'augmentation de la valeur constante piézoélectrique de la feuille de céramique piézoélectrique est la plus grande, et la constante piézoélectrique peut être augmentée en ajustant la formulation de la céramique piézoélectrique, et la piézoélectricité piézoélectrique peut être approuvée par la combinaison séries-parallèles des SÉRAMES PIEZOELECTRIQUES PIEZOELECTRIQUES. Les constantes, telles que la connexion parallèle des feuilles de céramique piézoélectrique, doublent la sensibilité à la charge. De plus, une sélection appropriée des conditions électriques de la feuille de céramique piézoélectrique peut également augmenter la valeur de la constante piézoélectrique, comme la céramique piézoélectrique dans l'état de court-circuit de la limite électrique est plus grande que la constante piézoélectrique équivalente de l'état ouvert. Pour la céramique piézoélectrique, le mode de vibration est différent, la constante piézoélectrique est également différente et la constante piézoélectrique tangentielle (D15) est plus grande que la constante piézoélectrique d'épaisseur (D33) et la constante piézoélectrique radiale (D31). Les données constantes piézoélectriques de la céramique piézoélectrique PZT4. La sensibilité du capteur électrique est liée à la sensibilité des trois composants qui le font. Étant donné que les trois composants sont connectés en série, la sensibilité du capteur piézoélectrique est multipliée par la sensibilité des trois composants. L'analyse suivante est effectuée respectivement statique et dynamique.

2.1 Analyse statique
L'analyse statique fait référence à l'analyse de la relation entre l'entrée et la sortie du capteur dans des conditions d'état d'équilibre. La variable de sortie n'est qu'une fonction de la variable d'entrée, c'est-à-dire y = f (x), et sa sensibilité est DY. La sensibilité du capteur est que, car il existe une relation linéaire simple entre S et F, Q et S, et U et Q dans des conditions statiques, et l'équation (1) peut être changée en u0 = cijdija (2) où Cij est le Mécanique Le coefficient de conformité élastique équivalent du système; DIJ est la constante piézoélectrique équivalente dudisques peizoélectriques transducteurs en céramique

; A est le facteur d'amplification de la ligne de mesure; L'indice IJ représente respectivement la direction de la force et la direction de la déformation. Afin d'augmenter la sensibilité du capteur piézoélectrique, il est efficace d'augmenter la valeur d'un ou plusieurs facteurs. Parmi eux, le potentiel d'augmentation de la valeur constante piézoélectrique de la feuille de céramique piézoélectrique est le plus élevé, et la constante piézoélectrique peut être augmentée en ajustant la formulation de la céramique piézoélectrique, et la piézoélectricité peut être améliorée par la combinaison de la série parallèle de la piézoélectricité de la série de la piezoélectricité de la série de la piézoélectricité peut être améliorée par la combinaison de série parallèle de la piézoélectricité de la série de la piezoélectricité de la série de la piezoélectricité de la série de la piezoélectricité de la série Piezoélectricité. Feuilles en céramique. Les constantes, telles que la connexion parallèle des feuilles de céramique piézoélectrique, doublent la sensibilité à la charge. De plus, une sélection appropriée des conditions électriques de la feuille de céramique piézoélectrique peut également augmenter la valeur de la constante piézoélectrique, comme la céramique piézoélectrique dans l'état de court-circuit de la limite électrique est plus grande que la constante piézoélectrique équivalente de l'état ouvert. Pour la céramique piézoélectrique, le mode de vibration est différent, la constante piézoélectrique est également différente et la constante piézoélectrique tangentielle (D15) est plus grande que la constante piézoélectrique d'épaisseur (D33) et la constante piézoélectrique radiale (D31). Il montre le signal continu des données constantes piézoélectriques de la céramique piézoélectrique PZT-4, qui peut également être des signaux d'impulsion ou une entrée périodique. À ce stade, les caractéristiques de sortie du capteur ne sont plus stables, mais une caractéristique de transition transitoire se produit, c'est-à-dire que la relation entre la sortie et l'entrée sera fonction du temps. Les caractéristiques dynamiques du capteur sont généralement analysées en utilisant des caractéristiques d'amplitude-fréquence. Premièrement, les caractéristiques d'amplitude-fréquence du système mécanique du capteur piézoélectrique sont discutées. Le système mécanique est généralement classé dans un système de second ordre de second ordre à un degré. La relation d'amplitude-fréquence est calculée comme x0 = sqrt (k / m) comme fréquence naturelle du système. Où k est le coefficient de rigidité du système, m est la masse du système; N est le coefficient d'amortissement relatif. On peut connu de l'équation que pour une certaine valeur de n, x / x0 est dans l'intervalle [0, 2 / (1 + 4n2, ûh (jx) û est une constante, et la taille est égale à 1 / x20, qui est la limite supérieure de la fréquence maximale du système. Il s'agit de 2x0 / (1 + 4n2). Concernant l'analyse dynamique des feuilles de céramique piézoélectrique, pour la commodité de la discussion, il peut être approximé que ses caractéristiques d'amplitude-fréquence sont constantes Sur une plage de fréquences assez large, et Deff est équivalent dans la constante piézoélectrique. Enfin, les caractéristiques d'amplitude-fréquence de la ligne de mesure sont discutées. Prenant l'amplificateur de charge comme exemple, Ri est la résistance d'entrée de la ligne de mesure; A IS est Le facteur d'amplification de l'amplificateur; RF et CF sont la résistance à la rétroaction et la capacité de rétroaction, respectivement. Dans le cas où le grossissement est suffisamment grand, la caractéristique d'amplitude de la ligne de mesure est un calcul plat. Lations, c'est-à-dire XM1 / RFCF. En résumé, lorsque la fréquence de variation de la force externe est dans la plage. La caractéristique d'amplitude-fréquence du capteur piézoélectrique est plate.

La sensibilité du capteur en céramique piézoélectrique est connue de la discussion ci-dessus. Dans des conditions dynamiques, lorsque la fréquence de la force externe est dans la plage, la sensibilité du capteur en céramique piézoélectrique est exprimée comme dynamique, et la feuille de céramique piézoélectrique est améliorée en abaissant la fréquence naturelle du système mécanique. La constante piézoélectrique et la méthode de réduction de la capacité de rétroaction de la ligne de mesure peuvent améliorer la sensibilité du capteur piézoélectrique.

un. According to static analysis, to improve the sensitivity of the piezoelectric sensor, the sensitivity of each component can be improved, that is, the elastic compliance coefficient of the mechanical system, the equivalent piezoelectric constant of the piezoelectric ceramic piece, and the amplification factor of La ligne de mesure est améliorée. Parmi eux, le potentiel d'augmenter la constante piézoélectrique de la feuille de céramique piézoélectrique est la plus grande.
né Selon l'analyse dynamique, la sensibilité du capteur piézoélectrique doit être considérée en combinaison avec la fréquence du changement de la force externe. Dans la plage plate des caractéristiques d'amplitude-fréquence, la sensibilité du capteur piézoélectrique peut être améliorée en augmentant la masse du système mécanique, en augmentant la constante piézoélectrique du coefficient de céramique piézoélectrique, et en réduisant le coefficient de rigidité du système mécanique et de la rétroaction Capacité de la ligne de mesure.
c. Combiné avec une analyse statique et une analyse dynamique, il est connu que l'augmentation de la constante piézoélectrique de la feuille de céramique piézoélectrique peut efficacement améliorer la sensibilité du capteur piézoélectrique et est également l'une des méthodes les plus pratiques. En effet, il est plus facile d'augmenter la constante piézoélectrique de la feuille de céramique piézoélectrique en ajustant la composition chimique de la céramique piézoélectrique. De plus, la feuille de céramique piézoélectrique peut augmenter la constante piézoélectrique effective de la feuille de céramique piézoélectrique en sélectionnant un mode de vibration approprié et une combinaison parallèle en série.