אפיון מלא סט חומר קבועים תלות בטמפרטורה שלהם עבור חומרים פייזו באמצעות ספקטרוסקופיית תהודה אולטראסאונד

המטרה הכוללת של שיטת ספקטרוסקופיה אולטרסאונד תהודה זו, היא למדוד קבוצה שלמה של קבועי חומר ותלות הטמפרטורה שלהם עבור חומר פיזואלקטרי באמצעות דגימה אחת בלבד. שיטת העכבה המוגדרת בתקנים הפיזואלקטריים של המכון למהנדסי חשמל ואלקטרוניקה, דורשת 5 עד 7 דגימות של גיאומטריות שונות על מנת למדוד את מערך קבוע החומר השלם עבור חומר פיזואלקטרי. היתרון העיקרי של טכניקת ספקטרוסקופיה אולטראסונית תהודה הוא שניתן להשיג את תכונות הטנזור המלאות מדגימה אחת, תוך הימנעות מחוסר עקביות הנגרם על ידי וריאציות דגימה לדגימה.

נתונים המתקבלים משיטה זו, מאפשרים לאנשים לדמות את הביצועים של מכשירים אלקטרומכניים ולכמת את ירידת הביצועים בטמפרטורות גבוהות יותר באמצעות שיטת אלמנטים עדינים יותר. ראשית, הדביקו צינור מקביל מלבני לדגימת קרמיקה PZT-4 למשטח התחתון של מוט מתכת באמצעות שכבה דקה מאוד של שעווה על ידי חימום המוט והדגימה לכ-60 מעלות צלזיוס. לאחר הקירור לטמפרטורת החדר, הכנס היטב את המוט לגליל מתכת בקוטר חיצוני גדול יותר כך שניתן יהיה ללטש את המשטח התחתון של הגליל והדגימה יחד כדי להבטיח את השטיחות של משטח הדגימה הרטיבו צלחת פרספקס במי ברז, ופזרו אבקת תחמוצת אלומיניום 6 מיקרון על המשטח הרטוב.

הנח את מחזיק המדגם עם הדגימה המודבקת אליו על צלחת הפרספקס, ובצע תנועה סיבובית כדי לטחון את שירות הדגימה שטוח. לאחר מכן שטפו היטב את צלחת הפרספקס, ואת מחזיק הדגימה, במי ברז. לאחר מכן, מפזרים אבקת תחמוצת אלומיניום 3 מיקרון על צלחת הפרספקס הרטובה וחוזרים על הטחינה כדי להחליק את משטח הדגימה.

שטפו את צלחת הזכוכית ואת מחזיק הדגימה נקיים במי ברז. הרם את הדגימה מהמחזיק על ידי חימום המכלול לכ-60 מעלות צלזיוס כדי להמיס את השעווה. בסיום, הסר את השעווה שנותרה ממשטח הדגימה בעזרת אצטון.

חבר מתמר גל אורכי של 15 מגה-הרץ ואוסילוסקופ דיגיטלי למקלט pulcer. לאחר מכן, הנח את המתמר על משטח הדגימה לאורך כיוון X עם מעט גריז צימוד ביניהם. לחץ על מקש הסמן בלוח הבקרה של האוסילוסקופ הדיגיטלי.

לאחר מכן, לחץ על כפתור התפריט הצדדי V פסים, וסובב את כפתור המטרה הכללית כדי להזיז קו סמן אחד לשיא הגבוה ביותר של אות ההד הראשון. בשלב זה, לחץ על מקש הבחירה וסובב את כפתור המטרה הכללית כדי להזיז את קו הסמן השני לשיא המתאים באות ההד השני. קרא את הערך המספרי במקום המסומן במשולש למעלה על המסך, שהוא זמן הטיסה הלוך ושוב של דופק הגל האורכי לאורך ציר ה-X.

חבר מנתח עכבה למחשב בקרה והפעל את שניהם. לאחר מכן, הכנס את הדגימה למתקן המחובר למנתח והנח את כל המכלול בתא טמפרטורה. לאחר סגירת תא הטמפרטורה, לחץ על המקש Meas בלוח מנתח העכבה ובחר CP-D.

לאחר מכן, הגדר את החדר ל -20 מעלות צלזיוס, באמצעות מחשב הבקרה. פתח את תוכנת הגיליון האלקטרוני וקרא את נתוני הקיבול. לאחר מכן, שמור את התוצאות בקובץ.

לאחר מכן, שנה את טמפרטורת החדר על ידי לחיצה על מקש למעלה בלוח מנתח העכבה. חזור על השלב הקודם עבור כל עליית טמפרטורה, לאחר שטמפרטורת החדר מתייצבת. בשלב זה, הנח את הדגימה בין המתמרים המשדרים והקולטים של מערכת ספקטרוסקופיית האולטרסאונד התהודה, עם מגעים רק בפינות הנגדיות של הדגימה.

הפעל את ממשק הבקרה של מערכת התהודה הדינמית על ידי לחיצה כפולה על קובץ התוכנה DRS.exe. הגדר את תדירות ההתחלה, תדירות העצירה והמספר הכולל של נקודות הנתונים שיש לאסוף. מדוד את ספקטרום התהודה של הדגימה בטווח תדרים זה בטמפרטורת החדר, ושמור את הספקטרום בקובץ.

הנח את הדגימה בין המתמרים המשדרים והקולטים שכבר נמצאים בתנור, עם מגעים רק בפינות הנגדיות של הדגימה. לאחר מכן, הפעל את תוכנת מדידת מערכת ספקטרוסקופיה אולטרסאונד תהודה ומדוד את תדרי התהודה של הדגימה. לאחר מכן, שמור את התוצאות בקובץ.

הגדל את טמפרטורת הדגימה עם שלב טמפרטורה של 5 מעלות צלזיוס. חזור על השלב הקודם, עד שתגיע לטמפרטורה הרצויה. עבור דגימת הקרמיקה PZT-4, הקבועים האלסטיים C11E, C33E ו-C44E, עולים עם הטמפרטורה.

בעוד שהקבוע האלסטי C12E ו-C13E כמעט בלתי תלויים בטמפרטורה בטווח של 20 עד 120 מעלות צלזיוס. מצד שני, הקבועים הפיזואלקטריים E33, E31 ו-E15 תלויים מאוד בטמפרטורה. הקבועים הדיאלקטיים הנמדדים והקבועים החזויים המחושבים על סמך מכלול קבועי החומר המתקבלים בשיטה זו מראים הסכמה מצוינת.

הקבועים הפיזואלקטריים D15 ו-D33 המחושבים באמצעות קבוצה אחת של נוסחאות והערכים המחושבים באמצעות קבוצה אחרת של נוסחאות מראים גם הם הסכמה טובה. תוצאות אלו מאשרות כי קבועי החומר המלאים המתקבלים עבור דגימת הקרמיקה PZT-4, עקביים מאוד בעצמם עבור טווח הטמפרטורות שבין 20 ל-120 מעלות צלזיוס. טכניקת RUS זו מאפשרת לנו למדוד את תכונות הטנזור המלאות בטמפרטורות גבוהות עם עקביות עצמית, מה שסלל את הדרך לחוקרים בתחום הדמיית המכשירים לחקור את האפשרות לחזות את הביצועים האמיתיים של מכשירים אלקטרומכניים במיוחד כדי לחזות את ירידת הביצועים עם יצירת תנור חימום במהלך הפעולה.

לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לבצע מדידות ספקטרוסקופיה אולטרסאונד תהודה בטמפרטורות גבוהות. המפתח הוא לרכוש קבוצה אמינה של קבועים בטמפרטורת החדר ולאחר מכן לנתב את תכונת הטנזור המלאה בטמפרטורות הגבוהות על סמך נתוני טמפרטורת החדר.