SU1654729A1 - Method for controlling piezoelectric element - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к приборостроению и может быть использовано преимущественно при производстве приборов точной механики. Цель изобретени  - повышение точности контрол  путем увеличени  достоверности результатов за счет исключени  вли ни  демпфировани  и жесткости пьезоэлемента - достигаетс  тем, что в известном способе дополнительно прикладывают переменную внешнюю силу, измен   частоту этой силы, наход т резонансную частоту , определ ют на этой частоте амплитуду колебаний пьезоэлемента и по значению отношени  двух измеренных амплитуд колебани  пьезоэлемента оценивают его качество . Устройство, реализующее данный способ, содержит пьезоэлемент 1, фиксатор 2, закрепленный на подвижной части 3 вибростенда 5 с вибродатчиком 4. шарик 6, вольтметр 7, коммутатор 8, генератор 9 звуковой частоты и частотомер 10. 3 ил. / Ј О ел ю юThe invention relates to instrumentation and can be used mainly in the manufacture of devices of precision mechanics. The purpose of the invention is to increase the control accuracy by increasing the reliability of the results by eliminating the influence of the damping and rigidity of the piezoelectric element, which is achieved by additionally applying a variable external force in the known method, changing the frequency of this force, finding the resonant frequency, determining the amplitude of oscillations at this frequency of the piezoelectric element and the value of the ratio of the two measured amplitudes of the oscillations of the piezoelectric element assess its quality. A device that implements this method contains a piezoelectric element 1, a latch 2 mounted on the movable part 3 of the vibrating stand 5 with a vibration sensor 4. ball 6, voltmeter 7, switch 8, sound frequency generator 9 and frequency meter 10. 3 Il. / Ј About ate u

Description

Изобретение относитс  к приборостроению и может быть преимущественно использовано при производстве приборов точной механики.The invention relates to instrument making and can be advantageously used in the manufacture of precision mechanics devices.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности контрол  путем увеличени  Достоверности результатов за счет исключени  вли ни  демпфировани  и жесткости пьезоэлемента.The aim of the invention is to improve the accuracy of control by increasing the accuracy of the results by eliminating the effects of damping and stiffness of the piezoelectric element.

На фиг. 1 дана функциональна  схема устройства дл  осуществлени  способа; на фиг. 2 - модель измерительной колебательной системы; на фиг. 3 - расчетна  модель измерительной колебательной системы,FIG. 1 is a functional diagram of an apparatus for carrying out the method; in fig. 2 - model of measuring oscillatory system; in fig. 3 - design model of the measuring oscillatory system,

Способ осуществл ют следующим образом .The method is carried out as follows.

Фиксируют пьезоэлемент 1 (фиг, 1) по цилиндрической наружной поверхности конической поверхностью фиксатора 2, жестко закрепленного на подвижной части 3 с вибродатчиком 4 вибростенда 5. Нагружают пьезоэлемент 1 инерционной массой Mi в виде шарика 6, В результате в осевом направлении образуетс  двухмассова  колебательна  система (фиг. 2), состо ща  из массы Mi и массы Мг, включающей массы фиксатора 2, подвижной части 3 вибростенда и вибродатчика 4, Массы Mi и Mz соединены упругим элементом в виде пьезоэлемента 1 с жесткостью KL Масса М2 соединена с корпусом вибростенда 5 пружинами вибростенда с жесткостью К . Учитыва , что М2 Mi, расчетную модель колебательной системы можно представить в упрощенном виде (фиг. 3) как одномассо- вую систему. Резонансна  частота f этой системы равнаThe piezoelectric element 1 (FIG. 1) is fixed on the cylindrical outer surface with a conical surface of the retainer 2 fixed on the movable part 3 with the vibration sensor 4 of the vibrating stand 5. The piezoelectric element 1 is loaded with an inertial mass Mi in the form of a ball 6. As a result, a two-mass oscillating system is formed in the axial direction ( Fig. 2), consisting of the mass Mi and the mass Mg, including the masses of the retainer 2, the movable part 3 of the vibrostand and the vibration sensor 4, the masses Mi and Mz are connected by an elastic element in the form of a piezoelectric element 1 with a stiffness KL Mass M2 is connected to the core using the shaker with 5 springs of the shaker with stiffness K. Taking into account that М2 Mi, the computational model of an oscillatory system can be represented in a simplified form (Fig. 3) as a single-mass system. The resonant frequency f of this system is

ff

JLV3L 2   МГ JLV3L 2 MG

Соедин ют вибродатчик 4 с вольтметром 7, а пьезоэлемент 1 и вибростенд 5 подключают через коммутатор 8 к генератору 9 звуковой частоты и частотомеру 10 The vibration sensor 4 is connected with a voltmeter 7, and the piezoelectric element 1 and the vibration table 5 are connected via a switch 8 to an audio frequency generator 9 and a frequency meter 10.

С генератора 9 подают переменное напр жение питани  на пьезоэлемент 1, В результате фиксатор 2 с подвижной частью 3 вибростенда и шарик 6 начинают совершать колебани . Плавно измен   частоту напр жени  генератора 9 по максимальному сигналу , на вольтметре 7 определ ют наличие оезонанса. При резонансной частоте измер ют амплитуду колебаний А0 с помощью вибродатчика 4 и вольтметра 7, затем коммутатором 8 отключают генератор 9 от пьезоэлемента 1 и подключают его к вибростенду 5, В результате инерционна From the generator 9, an alternating voltage supply to the piezoelectric element 1 is applied. As a result, the latch 2 with the movable part 3 of the shaker and the ball 6 begin to oscillate. By smoothly varying the frequency of the voltage of the generator 9 according to the maximum signal, the presence of an ozonance is determined on a voltmeter 7. At the resonant frequency, the amplitude of the oscillations A0 is measured using a vibration sensor 4 and a voltmeter 7, then the switch 8 disconnects the generator 9 from the piezoelectric element 1 and connects it to the vibration stand 5. As a result,

масса (шарик 6) приложит к центру пьезоэлемента внешнюю силу, измен ющуюс  по гармоническому закону. На резонансной частоте f измер ют амплитуду колебаний А сthe mass (ball 6) will apply an external force to the center of the piezoelectric element, varying according to the harmonic law. At the resonant frequency f, the amplitude of oscillations A is measured.

помощью вибродатчика 4 и вольтметра 7 при посто нном значении напр жени  с генератора 9.using a vibration sensor 4 and a voltmeter 7 at a constant value of the voltage from the generator 9.

В результате амплитуды А0 и А завис т только от возбуждающей силы. Счита As a result, the amplitudes A0 and A depend only on the exciting force. Counting

внешнюю силу эталонной, по ее величине можно эталонировать возбуждающую силу пьезоэлемента 1. Отношение амплитудexternal force reference, according to its value, it is possible to standardize the exciting force of the piezoelectric element 1. Amplitude ratio

1515

1C - Ао1C - Ao

к.--дпредставл ет собой коэффициент электромеханической активности пьезоэлемента 1. Амплитуды АО и А определ ютс  с уче- том демпфировани  и жесткости пьезоэлемента следующими соотношени ми:Q.-- represents the coefficient of electromechanical activity of the piezoelectric element 1. The amplitudes AO and A are determined taking into account the damping and rigidity of the piezoelectric element by the following relations:

АО AO

2525

(-QMO2(-QMO2

QYQy

KtKt

(-QMi)(-QMi)

00

5five

00

5five

0 5 0 5

где Fo - электромеханическа  активность пьезоэлемента;where Fo is the electromechanical activity of the piezoelectric element;

F - эквивалентна  сила, характеризующа  нагружение пьезоэлемента от вибростенда;F is the equivalent force characterizing the loading of the piezoelectric element from the shaker;

h - коэффициент демпфировани ;h is the damping coefficient;

Q- углова  частота.Q- angular frequency.

При использовании известного способа расчет электромеханической активности определ етс  по амплитуде, но без учета h и Ki, что вносит погрешность измерени .When using the known method, the calculation of the electromechanical activity is determined by the amplitude, but without taking into account h and Ki, which introduces a measurement error.

При использовании соотношени  амплитуд -Ј вли ние переменных h и KIWhen using the amplitude ratio, the effect of the variables h and KI

Claims (1)

исключаетс  на результаты контрол . Формула изобретени  Способ контрол  пьезоэлемента, заключающийс  в том, что нагружают пьезоэлемент инерционной массой, измен   частоту напр жени  питани  посто нной амплитуды, наход т резонансную частоту, измер ют амплитуду колебаний пьезоэлемента на этой частоте, отличающий- с   тем, что, с целью повышени  точности контрол , дополнительно прикладывают переменную внешнюю силу вдоль оси симметрии пьезоэлемента, «измен ющуюс  по гармоническому закону, измен   частоту этой силы наход т резонансную частоту, определ ют на этой частоте амплитуду колеба516547296excluded on control results. The method of controlling a piezoelectric element, which consists in loading the piezoelectric element with an inertial mass, changing the frequency of the supply voltage of a constant amplitude, finding the resonant frequency, measuring the amplitude of oscillations of the piezoelectric element at this frequency, which is different in order to improve the accuracy control, additionally apply a variable external force along the symmetry axis of the piezoelectric element, "varying according to the harmonic law, changing the frequency of this force, find the resonant frequency, determined at this frequency amplitude koleba516547296 ний пьезоэлемента при отсутствии на нем шени  двух измеренных амплитуд колебз- напр жени  питани  и по значению отно- ни  пьезоэлемента суд т о его качестве.In case of absence of two measured amplitudes of the oscillations of the power supply and the value of the ratio of the piezoelement, the quality of the piezoelectric element is judged. ///////////. Фиг.2 ///////////. 2 1one ii ////////// Фиг.З////////// Fig.Z VV ±± 22 1one