توصيف يشبع مجموعة المواد الثوابت ومنها الاعتماد درجة الحرارة لمواد الكهروإجهادية عن طريق الرنين الموجات فوق الصوتية الطيفي

الهدف العام من طريقة التحليل الطيفي بالموجات فوق الصوتية بالرنين ، هو قياس مجموعة كاملة من ثوابت المواد واعتمادها على درجة الحرارة للمادة الكهروإجهادية باستخدام عينة واحدة فقط. تتطلب طريقة المعاوقة المحددة في المعايير الكهروإجهادية لمعهد المهندسين الكهربائيين والإلكترونيين ، من 5 إلى 7 عينات من الأشكال الهندسية المختلفة من أجل قياس المجموعة الكاملة من ثابت المواد للمواد الكهرضغطية. الميزة الرئيسية لتقنية التحليل الطيفي بالموجات فوق الصوتية بالرنين هي أنه يمكن الحصول على خصائص الموتر الكاملة من عينة واحدة ، وتجنب التناقض الناجم عن اختلافات العينة في العينة.

تمكن البيانات التي تم الحصول عليها من هذه الطريقة الأشخاص من محاكاة أداء الأجهزة الكهروميكانيكية وتحديد تدهور الأداء في درجات حرارة أعلى باستخدام طريقة العناصر الدقيقة. أولا ، قم بلصق أنبوب متوازي مستطيل إلى عينة سيراميك PZT-4 على السطح السفلي لقضيب معدني باستخدام طبقة رقيقة جدا من الشمع عن طريق تسخين القضيب والعينة إلى حوالي 60 درجة مئوية. بعد التبريد إلى درجة حرارة الغرفة ، قم بتركيب القضيب بإحكام في أسطوانة معدنية بقطر خارجي أكبر بحيث يمكن تلميع السطح السفلي للأسطوانة والعينة معا لضمان تسطيح سطح العينة بلل صفيحة زجاجية بماء الصنبور ، ورش مسحوق أكسيد الألومنيوم 6 ميكرون على السطح الرطب.

ضع حامل العينة مع لصق العينة عليه على لوحة زجاج شبكي ، وقم بحركة دائرية لطحن خدمة العينة بشكل مسطح. ثم اغسل لوح زجاج شبكي وحامل العينة جيدا بماء الصنبور. بعد ذلك ، قم برش مسحوق أكسيد الألومنيوم 3 ميكرون على لوح زجاج شبكي مبلل وكرر الطحن لتنعيم سطح العينة.

اغسل اللوح الزجاجي وحامل العينة نظيفا بماء الصنبور. ارفع العينة من الحامل عن طريق تسخين المجموعة إلى حوالي 60 درجة مئوية لإذابة الشمع. عند الانتهاء ، قم بإزالة الشمع المتبقي من سطح العينة باستخدام الأسيتون.

قم بتوصيل محول طاقة موجة طولية بتردد 15 ميغاهرتز وراسم الذبذبات الرقمي بجهاز استقبال القرحة. بعد ذلك ، ضع محول الطاقة على سطح العينة على طول الاتجاه X مع بعض شحم التوصيل بينهما. اضغط على مفتاح المؤشر على لوحة التحكم الخاصة براسم الذبذبات الرقمي.

بعد ذلك ، اضغط على زر القائمة الجانبية أشرطة V ، وقم بتدوير مقبض الأغراض العامة لنقل خط مؤشر واحد إلى أعلى ذروة لإشارة الصدى الأولى. في هذه المرحلة ، اضغط على تحديد مفتاح ، وقم بتدوير مقبض الأغراض العامة لتحريك خط المؤشر الآخر إلى الذروة المقابلة في إشارة الصدى الثانية. اقرأ القيمة العددية في المكان المميز بمثلث لأعلى على الشاشة ، وهو وقت رحلة ذهابا وإيابا لنبضة الموجة الطولية على طول المحور X.

قم بتوصيل محلل المعاوقة بجهاز كمبيوتر تحكم ، وقم بتشغيل كليهما. بعد ذلك ، أدخل العينة في التركيبات المتصلة بالمحلل وضع المجموعة بأكملها في غرفة درجة الحرارة. بعد إغلاق غرفة درجة الحرارة ، اضغط على المفتاح Meas على لوحة محلل المعاوقة ، وحدد CP-D.

بعد ذلك ، اضبط الغرفة على 20 درجة مئوية ، باستخدام كمبيوتر التحكم. افتح برنامج جدول البيانات واقرأ بيانات السعة. ثم احفظ النتائج في ملف.

بعد ذلك ، قم بتغيير درجة حرارة الغرفة بالضغط على المفتاح لأعلى على لوحة محلل المقاومة. كرر الخطوة السابقة لكل زيادة في درجة الحرارة ، بعد أن تصبح درجة حرارة الغرفة مستقرة. في هذه المرحلة ، ضع العينة بين محولات الطاقة المرسلة والاستقبال لنظام التحليل الطيفي بالموجات فوق الصوتية بالرنين ، مع جهات الاتصال فقط في الزوايا المقابلة للعينة.

قم بتشغيل واجهة التحكم لنظام الرنين الديناميكي بالنقر المزدوج على DRS.exe ملف البرنامج. قم بتعيين تردد البدء وتكرار التوقف والعدد الإجمالي لنقاط البيانات التي سيتم جمعها. قم بقياس طيف الرنين للعينة في نطاق التردد هذا في درجة حرارة الغرفة ، واحفظ الطيف في ملف.

ضع العينة بين محولات الطاقة المرسلة والاستقبال الموجودة بالفعل في الفرن ، مع جهات الاتصال فقط في الزوايا المقابلة للعينة. بعد ذلك ، قم بتشغيل برنامج قياس نظام التحليل الطيفي بالموجات فوق الصوتية بالرنين وقياس ترددات الرنين للعينة. ثم احفظ النتائج في ملف.

قم بزيادة درجة حرارة العينة بدرجة حرارة 5 درجات مئوية. كرر الخطوة السابقة حتى يتم الوصول إلى درجة الحرارة المطلوبة. بالنسبة لعينة السيراميك PZT-4 ، تزداد الثوابت المرنة C11E و C33E و C44E مع درجة الحرارة.

في حين أن الثابت المرن C12E و C13E مستقلان تقريبا عن درجة الحرارة في حدود 20 إلى 120 درجة مئوية. من ناحية أخرى ، فإن الثوابت الكهروإجهادية E33 و E31 و E15 تعتمد بشدة على درجة الحرارة. تظهر الثوابت الجدلية المقاسة والثوابت المتوقعة المحسوبة بناء على المجموعة الكاملة من ثوابت المواد التي تم الحصول عليها بهذه الطريقة اتفاقا ممتازا.

تظهر الثوابت الكهروإجهادية D15 و D33 المحسوبة باستخدام مجموعة واحدة من الصيغ والقيم المحسوبة باستخدام مجموعة أخرى من الصيغ أيضا اتفاقا جيدا. تؤكد هذه النتائج أن ثوابت المواد الكاملة التي تم الحصول عليها لعينة السيراميك PZT-4 ، متسقة ذاتيا للغاية لنطاق درجة الحرارة من 20 إلى 120 درجة مئوية. تسمح لنا تقنية RUS هذه بقياس خصائص الموتر الكاملة في درجات حرارة مرتفعة مع الاتساق الذاتي ، مما مهد الطريق للباحثين في مجال محاكاة الجهاز لاستكشاف إمكانية التنبؤ بالأداء الحقيقي للأجهزة الكهروميكانيكية خاصة للتنبؤ بتدهور الأداء مع توليد السخان أثناء التشغيل.

بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية إجراء قياسات التحليل الطيفي بالموجات فوق الصوتية بالرنين في درجات حرارة مرتفعة. المفتاح هو الحصول على مجموعة موثوقة من الثوابت في درجة حرارة الغرفة ثم تحويل خاصية الموتر الكامل عند درجات الحرارة المرتفعة بناء على بيانات درجة حرارة الغرفة.