Балковська Юлія Юріївна. Методи лінеаризації амплітудно-частотних характеристик п'єзоелектричних перетворювачів механічних величин

Краткое описание

Балковська Юлія Юріївна. Методи лінеаризації амплітудно-частотних характеристик п'єзоелектричних перетворювачів механічних величин: дисертація канд. техн. наук: 05.13.05 / Одеський національний політехнічний ун-т. - О., 2003

Балковська Ю.Ю. Методи лінеаризації амплітудночастотних характеристик п’єзоелектричних перетворювачів механічних величин. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.05. Елементи та пристрої обчислювальної техніки та систем керування. Одеський національний політехнічний університет, Одеса, 2003.
Дисертація присвячена розробці методів лінеаризації амплітудночастотних характеристик п’єзоелектричних перетворювачів механічних величин і створенню на цій основі пристроїв систем керування з високими якісними та експлуатаційними показниками. У дисертаційній роботі розроблений новий метод зворотного зв’язку електричний негативний зворотний зв’язок (НЗЗ), який дозволяє лінеаризувати амплітудночастотну характеристику перетворювача. Досліджена схема, в якій п’єзоелементсенсор включений у ланцюг негативного зв’язку підсилювача. Визначені режим роботи для лінеаризації АЧХ перетворювача та режим роботи, при якому чутливість перетворювача дорівнює чутливості п’єзоелемента без підсилювача. Запропоновано конструктивні методи лінеаризації АЧХ симетричних і асиметричних біморфних перетворювачів. Вперше для лінеаризації АЧХ застосоване електричне демпфірування одночасно із застосуванням зворотного зв’язку, а також за рахунок збільшення внутрішнього тертя п’єзоелемента.

Основні результати дисертаційної роботи такі:
1. Проведені дослідження, спрямовані на удосконалення п’єзоелектричних перетворювачів механічних величин, які використовуються у системах автоматичного керування, обчислювальній техніці, приладобудуванні, а також у вимірювальній техніці, виявили ряд закономірностей, аналіз яких дозволяє стверджувати, що сформульована в роботі мета може вважатися досягнутою. При виконанні роботи використовувалися коректні та достовірні методи досліджень. Розроблені методи і пристрої використовуються в промисловості й у навчальному процесі.
2. Розроблені методи, схемні та конструктивні рішення розширили науковотехнічну базу для проектування п’єзоелектричних перетворювачів механічних величин з поліпшеними характеристиками.
3. В результаті дослідження структурних схем і передатних характеристик, а також проведення експериментальних досліджень перетворювачів встановлено, що лінеаризації амплітудночастотних характеристик (АЧХ) п’єзоелектричних перетворювачів можна досягти при введенні в ланцюг електричного зворотного зв’язку п’єзоелектричного перетворювача елемента, коефіцієнт передачі якого дорівнює коефіцієнту передачі п’єзоелементасенсора.

В результаті дослідження структурних схем і передатних характеристик, а також проведення експериментальних досліджень перетворювачів з п’єзоелементом в ланцюгу зворотного зв’язку підсилювача встановлено, що:

лінеаризації амплітудно частотної характеристики такого перетворювача можна досягти за умови, якщо;
у випадку, количутливість перетворювача дорівнює чутливості п’єзоелемента без підсилювача.

У результаті аналізу схем п’єзоелектричних перетворювачів за допомогою комп’ютерного моделювання було встановлено, що:

для збільшення смуги пропускання в області низьких частот необхідно збільшувати значення опорів і ємностей п’єзоелемента, а також вхідних і вихідних опорів підсилювача;
п’єзоелектричні перетворювачі з негативним зворотним зв’язком є стійкими системами.

В результаті дослідження математичних моделей і експериментальних досліджень симетричних біморфних перетворювачів встановлено, що лінеаризації АЧХ цих перетворювачів можна досягти:

при використанні п’єзоелементів різної товщини та їхньому зустрічному включенні;
при використанні п’єзоелементів однакової товщини, включених зустрічно і виготовлених з п’єзокерамік з різними п’єзомодулями.
7. В результаті експериментальних досліджень асиметричних біморфних перетворювачів встановлено, що лінеаризації амплітудночастотних характеристик цих перетворювачів можна досягти:
при розділі одного з електродів п’єзоелемента на дві частини у вигляді диска і кільця та підключенні їх до входу диференціюючого підсилювача;
при розділі одного з електродів п’єзоелемента на дві частини у вигляді двох напівдисків та підключенні їх до входу подільника напруги.
8. Розроблено метод електричного демпфірування перетворювачів, в результаті якого лінеаризації амплітудночастотних характеристик п’єзоперетворювача можна досягти:
при зменшенні його добротності шляхом включення послідовно з ним активного опору;
при зменшенні його добротності шляхом збільшення активного внутрішнього опору (внутрішнього тертя) п’єзоелемента, що досягається розташуванням електродів на п’єзоелементі таким чином, щоб вектор напруженості електричного поля вихідної напруги створював з вектором поляризації кут;
при одночасному зменшенні добротності та включенні перетворювача в ланцюг негативного зворотного зв’язку.