Tam Set Malzeme sabitleri Karakterizasyonu ve rezonans Ultrason Spektroskopisi kullanarak Piezoelektrik Malzemelerin Onların Sıcaklık Bağımlılığı

Bu rezonans ultrasonik spektroskopi yönteminin genel amacı, yalnızca bir numune kullanarak piezoelektrik bir malzeme için tam bir malzeme sabiti setini ve bunların sıcaklık bağımlılığını ölçmektir. Elektrik ve Elektronik Mühendisleri Enstitüsü'nün piezoelektrik standartlarında tanımlanan Empedans Yöntemi, piezoelektrik malzeme için tüm malzeme sabiti setini ölçmek için farklı geometrilerde 5 ila 7 numune gerektirir. Rezonans ultrasonik spektroskopi tekniğinin ana avantajı, tam tensör özelliklerinin tek bir numuneden elde edilebilmesi ve numuneden numuneye varyasyonların neden olduğu tutarsızlığı önlemesidir.

Bu yöntemden elde edilen veriler, insanların elektromekanik cihazların performansını simüle etmelerini ve daha ince elemanlar yöntemini kullanarak daha yüksek sıcaklıklarda performans düşüşünü ölçmelerini sağlar. İlk olarak, çubuğu ve numuneyi yaklaşık 60 santigrat dereceye kadar ısıtarak çok ince bir balmumu tabakası kullanarak metal bir çubuğun alt yüzeyine PZT-4 seramik numunesine dikdörtgen bir paralel boru yapıştırın. Oda sıcaklığına soğuduktan sonra, çubuğu daha büyük bir dış çapa sahip metal bir silindire sıkıca oturtun, böylece silindirin ve numunenin alt yüzeyi, numune yüzeyinin düzlüğünü garanti etmek için birlikte parlatılabilir Bir pleksiglas plakayı musluk suyuyla ıslatın ve ıslak yüzeye 6 mikron alüminyum oksit tozu serpin.

Numune tutucuyu, numune yapıştırılmış olarak pleksiglas plakaya yerleştirin ve numune servisini düz bir şekilde öğütmek için dairesel bir hareket yapın. Ardından pleksiglas plakayı ve numune tutucuyu musluk suyuyla iyice yıkayın. Bunu takiben, ıslak pleksiglas plaka üzerine 3 Mikron alüminyum oksit tozu serpin ve numune yüzeyini düzleştirmek için öğütme işlemini tekrarlayın.

Cam plakayı ve numune tutucuyu musluk suyuyla yıkayın. Balmumu eritmek için düzeneği yaklaşık 60 santigrat dereceye ısıtarak numuneyi tutucudan kaldırın. Bittiğinde, kalan mumu aseton ile numune yüzeyinden çıkarın.

15 megahertz uzunlamasına dalga dönüştürücü ve dijital osiloskopu bir pulser alıcısına bağlayın. Ardından, dönüştürücüyü, aralarında bir miktar kaplin gresi olacak şekilde X yönü boyunca numune yüzeyine yerleştirin. Dijital osiloskopun kontrol panelindeki imleç tuşuna basın.

Ardından, yan menü düğmesi V çubuklarına basın ve bir imleç çizgisini ilk yankı sinyalinin en yüksek zirvesine taşımak için genel amaçlı düğmeyi çevirin. Bu noktada, Seç tuşuna basın ve diğer imleç çizgisini ikinci yankı sinyalindeki ilgili tepe noktasına taşımak için genel amaçlı düğmeyi çevirin. X ekseni boyunca uzunlamasına dalga darbesinin gidiş-dönüş uçuş süresi olan ekranda yukarı üçgen ile işaretlenmiş yerdeki sayısal değeri okuyun.

Bir empedans analizörünü bir kontrol bilgisayarına bağlayın ve her ikisini de açın. Ardından, numuneyi analizöre bağlı fikstüre yerleştirin ve tüm düzeneği bir sıcaklık odasına yerleştirin. Sıcaklık odasını kapattıktan sonra, empedans analizörü panelindeki Meas tuşuna basın ve CP-D'yi seçin.

Ardından, kontrol bilgisayarını kullanarak odayı 20 santigrat dereceye ayarlayın. Elektronik tablo yazılımını açın ve kapasitans verilerini okuyun. Ardından, sonuçları bir dosyaya kaydedin.

Bunu takiben, empedans analizörü panelindeki yukarı tuşuna basarak oda sıcaklığını değiştirin. Oda sıcaklığı sabit hale geldikten sonra her sıcaklık artışı için önceki adımı tekrarlayın. Bu noktada, numuneyi, rezonans ultrason spektroskopi sisteminin verici ve alıcı transdüserleri arasına, kontaklar yalnızca numunenin karşı köşelerinde olacak şekilde yerleştirin.

Yazılım dosyasına çift tıklayarak dinamik rezonans sisteminin kontrol arayüzünü çalıştırın DRS.exe. Başlangıç sıklığını, durdurma sıklığını ve toplanacak veri noktalarının toplam sayısını ayarlayın. Bu frekans aralığındaki numunenin rezonans spektrumunu oda sıcaklığında ölçün ve spektrumu bir dosyaya kaydedin.

Numuneyi, halihazırda fırında bulunan verici ve alıcı dönüştürücüler arasına, kontaklar yalnızca numunenin karşı köşelerinde olacak şekilde yerleştirin. Bunu takiben, rezonans ultrason spektroskopi sistemi ölçüm yazılımını çalıştırın ve numunenin rezonans frekanslarını ölçün. Ardından, sonuçları bir dosyaya kaydedin.

5 santigrat derecelik bir sıcaklık adımıyla numunenin sıcaklığını artırın. İstenen sıcaklığa ulaşılana kadar önceki adımı tekrarlayın. PZT-4 seramik numunesi için elastik sabitler C11E, C33E ve C44E sıcaklıkla birlikte artar.

Elastik sabit C12E ve C13E, 20 ila 120 santigrat derece aralığındaki sıcaklıktan neredeyse bağımsızdır. Öte yandan, piezoelektrik sabitler E33, E31 ve E15 güçlü bir şekilde sıcaklığa bağlıdır. Ölçülen diyalektik sabitler ve bu yöntemle elde edilen tam maddi sabitler kümesine dayalı olarak hesaplanan tahmin edilenler mükemmel bir uyum göstermektedir.

Bir formül seti kullanılarak hesaplanan piezoelektrik sabitler D15 ve D33 ve başka bir formül seti kullanılarak hesaplanan değerler de iyi bir uyum göstermektedir. Bu sonuçlar, PZT-4 seramik numunesi için elde edilen tam set malzeme sabitlerinin, 20 ila 120 santigrat derece arasındaki sıcaklık aralığı için kendi kendine oldukça tutarlı olduğunu doğrulamaktadır. Bu RUS tekniği, yüksek sıcaklıklarda tam tensör özelliklerini kendi kendine tutarlılıkla ölçmemize olanak tanır ve bu da cihaz simülasyonu alanındaki araştırmacıların, özellikle çalışma sırasında ısıtıcı üretimi ile performans düşüşünü tahmin etmek için elektromekanik cihazların gerçek performansını tahmin etme olasılığını keşfetmelerinin yolunu açmıştır.

Bu videoyu izledikten sonra, yüksek sıcaklıklarda rezonans ultrasonik spektroskopi ölçümlerinin nasıl yapıldığını iyi anlamış olmalısınız. Anahtar, oda sıcaklığında güvenilir bir sabit seti elde etmek ve ardından oda sıcaklığı verilerine dayalı olarak yüksek sıcaklıklarda tam tensör özelliğini saptırmaktır.