Erforschung der Empfindlichkeit von piezoelektrischen Keramikwandlerkomponenten

Aufgrund des piezoelektrischen Effekts können die piezoelektrische Keramik die Nichtelektrizität direkt in Elektrizität umwandeln, und seine piezoelektrische Konstante kann durch Einstellen der Zusammensetzung der Zusammensetzung erheblich verbessert werdenOder die Kombination von Piezoceramic -Blättern ändern und damit ihre Empfindlichkeit effektiv verbessert. Daher der Wandler PIEzoelektrische Keramik als empfindliche Elemente erhalten immer mehr Aufmerksamkeit. Das Grundprinzip und die Zusammensetzung des piezoelektrischen Sensors werden kurz eingeführt. Die Faktoren, die die Empfindlichkeit des piezoelektrischen Sensors beeinflussen, werden ausführlich von statischer und dynamischer Dynamik erörtert. Auf dieser Basis wird eine wirksame Methode zur Verbesserung der Empfindlichkeit erhalten.

Der Sensor ist ein Gerät mit Erkennungsfunktion, das in den Bereichen Industrie, Landwirtschaft, nationale Verteidigung und Medizin häufig verwendet wird. Es heißt \"Electric Five \", das verschiedene nichtelektrische Größen erfasst, indem die Funktionen menschlicher Gesichtsmerkmale simuliert werden. Piezo -Rundscheibenwandler mit piezoelektrischem Effekt sind eine der PZTMaterialien für die Herstellung von Sensoren. Zu den piezoelektrischen Sensoren, die vertraut sind, gehören piezoelektrische Beschleunigungsmesser, piezoelektrische Gyros, piezoelektrische Druckmessgeräte und Galvanometer. Mit der Weiterentwicklung der Technologie wurden viele neue Sensoren geboren, und die Leistung bestehender Sensoren wurde ebenfalls verbessert. Empfindlichkeit ist ein wichtiger Indikator für den Sensor. Die folgenden Faktoren diskutieren die Faktoren, die die Sensorempfindlichkeit beeinflussensowohl statische als auch dynamische Aspekte.

BasicpRinzipien undcOMPLOSION VONpdhzoelektrischcEramicsEnten sind Geräte, die piezoelektrische Effekte von piezoelektrischen Keramikblättern verwenden, um Spannung (oder Dehnung) in Spannung (oder Ladung) umzuwandeln und sie dann zu verstärken und durch einen Verstärker auszugeben. Piezoelektrische Keramikblätter sind die Schlüsselkomponenten. Aus Sicht der Signalumwandlung entsprechen piezoelektrische Keramikblätter einem Ladungsgenerator.

Die KuchenDer okeramische Sensor besteht aus einem mechanischen System, das externe Kraft auf das piezoelektrische Keramikblatt überträgt, ein PiezoElektrikkeramikblatt und eine Messkreis, die die elektrische Ladung auf das Messgerät überträgt. Das mechanische System ist eine Halterung für die Montage und Fixierung des piezoelektrischen Keramikblatts. Das System ist in direktem Kontakt mit der Außenwelt und wenn sie einer externen Kraft ausgesetzt sind, werden die Klammer und das piezoelektrische Keramikblatt zusammen deformiert. Das piezoelektrische Keramikblatt erzeugt eine Ladungsausgabe durch Deformation. Die Messlinie verstärkt die Ladung und verwandelt sie in einen Spannungsausgang.

2Faktoren, um die Empfindlichkeit des piezoelektrischen Sensors zu beeinflussen

Die Empfindlichkeit von apiezoelektrische Scheibenwandlerinist das Verhältnis eines kleinen Ausgangs zu einem kleinen Inkrement des entsprechenden Eingangs. Je größer das Verhältnis ist, desto höher ist die Empfindlichkeit. Die Empfindlichkeit des piezoelektrischen Sensors hängt mit der Empfindlichkeit der drei Teile zusammen, die es schaffen. Da die drei Teile in Reihe angeschlossen sind, wird die Empfindlichkeit des piezoelektrischen Sensors mit der Empfindlichkeit der drei Teile multipliziert. Die folgende Analyse erfolgt von statisch bzw. dynamisch.

2.1 Statische Analyse
Die statische Analyse bezieht sich auf die Analyse der Beziehung zwischen Eingabe und Ausgabe des Sensors unter stationären Bedingungen. Die Ausgangsvariable ist nur eine Funktion der Eingangsvariablen, dh y = f (x), und ihre Empfindlichkeit ist dy.

(1) Da es unter statischen Bedingungen eine einfache lineare Beziehung zwischen S und F, Q und S sowie U und Q gibt, kann sie in U0 = cijdija geändert werden, wobei CIJ der äquivalente elastische Konformitätskoeffizient des mechanischen Systems ist; Dij ist die äquivalente piezoelektrische Konstante der piezoelektrischen Keramik; A ist der Amplifikationsfaktor der Messlinie; Der Index IJ repräsentiert die Richtung der Kraft bzw. die Richtung der Verformung. Um die Empfindlichkeit des piezoelektrischen Sensors zu erhöhen, ist es wirksam, den Wert eines oder mehrerer Faktoren zu erhöhen. Unter ihnen ist das Potenzial zur Erhöhung des piezoelektrischen konstanten Werts des piezoelektrischen Keramikblatts am größten und die piezoelektrische Konstante kann durch Anpassen der Formulierung der piezoelektrischen Keramikhöhe erhöht werden, und die piezoelektrischen Ceramic -Ceramic -Ceramic -Laken. Konstanten wie die parallele Verbindung von piezoelektrischen Keramikblättern doppelt die Ladungsempfindlichkeit. Darüber hinaus kann die ordnungsgemäße Selektion der elektrischen Bedingungen des piezoelektrischen Keramikblatts auch den Wert der piezoelektrischen Konstante erhöhen, wie die piezoelektrische Keramik in der elektrischen Grenze mit kurzer Kreislaufstatus größer als die äquivalente piezoelektrische Konstante des offenen Zustands. Für die piezoelektrische Keramik ist der Schwingungsmodus unterschiedlich, die piezoelektrische Konstante ist ebenfalls unterschiedlich und die tangentiale piezoelektrische Konstante (D15) ist größer als die dicke piezoelektrische Konstante (D33) und die radiale piezoelektrische Konstante (D31). Die piezoelektrischen konstanten Daten der PZT4 -piezoelektrischen Keramik. Die Empfindlichkeit des elektrischen Sensors hängt mit der Empfindlichkeit der drei Komponenten zusammen, die es herstellen. Da die drei Komponenten in Reihe angeschlossen sind, wird die Empfindlichkeit des piezoelektrischen Sensors mit der Empfindlichkeit der drei Komponenten multipliziert. Die folgende Analyse erfolgt von statisch bzw. dynamisch.

2.1 Statische Analyse
Die statische Analyse bezieht sich auf die Analyse der Beziehung zwischen Eingabe und Ausgabe des Sensors unter stationären Bedingungen. Die Ausgangsvariable ist nur eine Funktion der Eingangsvariablen, dh y = f (x), und ihre Empfindlichkeit ist dy. Die Empfindlichkeit des Sensors besteht darin Mechanik der äquivalente elastische Konformitätskoeffizient des Systems; dij ist die äquivalente piezoelektrische Konstante derPeizoelektrikum Keramikwandler

; A ist der Amplifikationsfaktor der Messlinie; Der Index IJ repräsentiert die Richtung der Kraft bzw. die Richtung der Verformung. Um die Empfindlichkeit des piezoelektrischen Sensors zu erhöhen, ist es wirksam, den Wert eines oder mehrerer Faktoren zu erhöhen. Unter ihnen ist das Potenzial zur Erhöhung des piezoelektrischen Konstantenwerts des piezoelektrischen Keramikblatts am größten und die piezoelektrische Konstante kann erhöht werden Keramikblätter. Konstanten wie die parallele Verbindung von piezoelektrischen Keramikblättern doppelt die Ladungsempfindlichkeit. Darüber hinaus kann die ordnungsgemäße Selektion der elektrischen Bedingungen des piezoelektrischen Keramikblatts auch den Wert der piezoelektrischen Konstante erhöhen, wie die piezoelektrische Keramik in der elektrischen Grenze mit kurzer Kreislaufstatus größer als die äquivalente piezoelektrische Konstante des offenen Zustands. Für die piezoelektrische Keramik ist der Schwingungsmodus unterschiedlich, die piezoelektrische Konstante ist ebenfalls unterschiedlich und die tangentiale piezoelektrische Konstante (D15) ist größer als die dicke piezoelektrische Konstante (D33) und die radiale piezoelektrische Konstante (D31). Es zeigt die piezoelektrische konstante Daten kontinuierliches Signal der PZT-4-Piezoelektrik-Keramik, die auch Impulssignale oder periodischer Eingabe sein können. Zu diesem Zeitpunkt sind die Ausgangseigenschaften des Sensors nicht mehr stationärem Zustand, sondern ein transientes Übergangsmerkmal, dh die Beziehung zwischen der Ausgabe und dem Eingang ist eine Funktion der Zeit. Die dynamischen Eigenschaften des Sensors werden normalerweise unter Verwendung von Amplitudenfrequenzeigenschaften analysiert. Erstens werden die Amplitudenfrequenzeigenschaften des mechanischen Systems des piezoelektrischen Sensors diskutiert. Das mechanische System wird im Allgemeinen in ein System zweiter Ordnung eingeteilt. Die Amplitudenfrequenzbeziehung wird als X0 = SQRT (K/M) als Eigenfrequenz des Systems berechnet. Wobei K der Steifigkeitskoeffizient des Systems ist, ist m die Masse des Systems; N ist der relative Dämpfungskoeffizient. Aus Gleichung kann bekannt sein, dass für einen bestimmten Wert von N, x/x0 im Intervall [0, 2/(1+4n2, ûh (jx) û) eine Konstante ist und die Größe gleich 1/x20 ist. Welches ist die obere Grenze der maximalen Häufigkeit des Systems. Es ist 2x0/(1+4n2). In Bezug Über einen ziemlich breiten Frequenzbereich, und Deff ist in der piezoelektrischen Konstante äquivalent. Schließlich werden die Amplitudenfrequenzeigenschaften der Messlinie diskutiert. Der Ladungsverstärker als Beispiel ist der Eingangswiderstand der Messlinie; Der Amplifikationsfaktor des Verstärkers; RF und CF sind der Rückkopplungswiderstand bzw. die Rückkopplungskapazität. In dem Fall, in dem die Vergrößerung ausreichend groß ist Lationship, das heißt XM1/RFCF. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Amplitudenfrequenz, die für den piezoelektrischen Sensor charakteristisch ist, flach, wenn die Variation der externen Kraft im Bereich liegt.

Die Empfindlichkeit des piezoelektrischen Keramiksensors ist aus der obigen Diskussion bekannt. Unter dynamischen Bedingungen wird die Empfindlichkeit des piezoelektrischen Keramiksensors unter dynamischen Bedingungen als dynamisch ausgedrückt, wenn der piezoelektrische Keramiksensor ausgedrückt wird, und das piezoelektrische Keramikblatt wird verbessert, indem die Eigenfrequenz des mechanischen Systems gesenkt wird. Die piezoelektrische Konstante und die Methode zur Reduzierung der Rückkopplungskapazität der Messlinie können die Empfindlichkeit des piezoelektrischen Sensors verbessern.

a. Laut statischer Analyse kann die Empfindlichkeit jeder Komponente, um die Empfindlichkeit des piezoelektrischen Sensors zu verbessern Die Messlinie wird verbessert. Unter ihnen ist das Potenzial zur Erhöhung der piezoelektrischen Konstante des piezoelektrischen Keramikblatts das größte.
b. Gemäß der dynamischen Analyse sollte die Empfindlichkeit des piezoelektrischen Sensors in Kombination mit der Häufigkeit der Änderung der externen Kraft berücksichtigt werden. Im flachen Bereich der Amplitudenfrequenzmerkmale kann die Empfindlichkeit des piezoelektrischen Sensors durch Erhöhen der Masse des mechanischen Systems verbessert werden, wodurch die piezoelektrische Konstante des piezoelektrischen Keramikblatts erhöht wird und den Steifigkeitskoeffizienten des mechanischen Systems und die Rückkopplung verringert wird Kapazität der Messlinie.
c. In Kombination mit statischer Analyse und dynamischer Analyse ist bekannt, dass eine Erhöhung der piezoelektrischen Konstante des piezoelektrischen Keramikblatts die Empfindlichkeit des piezoelektrischen Sensors effektiv verbessern kann und auch eine der praktischsten Methoden ist. Dies liegt daran, dass es einfacher ist, die piezoelektrische Konstante des piezoelektrischen Keramikblatts durch Einstellung der chemischen Zusammensetzung der piezoelektrischen Keramik zu erhöhen. Darüber hinaus kann das piezoelektrische Keramikblatt die effektive piezoelektrische Konstante des piezoelektrischen Keramikblatts erhöhen, indem ein geeigneter Vibrationsmodus und eine serienparallele Kombination ausgewählt wird.