600007 г. Владимир, ул. 16 лет Октября, д. 68А, литер "Ф", этаж 2, помещение 12
+7 (4922) 53-10-31
info@skb-proton.ru

Почему резонансная частота важна в пьезоприложениях?

Преобразователи частоты

Резонанс возникает, когда резонансная частота (также называемая собственной частотой) объекта или системы равна или очень близка к частоте, на которой он возбуждается. Это вызывает сильную вибрацию объекта или системы и может привести к неожиданным–а иногда и катастрофическое поведение.

Когда один колеблющийся объект или система (пьезопривод или контроллер) приводит в действие другую систему (пьезодвигатель или исполнительный механизм) на собственной частоте второй системы или вблизи нее, вторая система будет колебаться с высокой амплитудой на определенной частоте. Когда эффекты демпфирования невелики, резонансная частота системы приблизительно равна ее собственной частоте.

Resonant Frequency

Где:

f0= резонансная частота (без нагрузки) (Гц)

kT = пьезо жесткость (Н/м)

mэффективность = эффективная масса (кг)

Резонансная частота пьезодвигатель или исполнительный механизм зависит от его материального состава, формы и объема. Например, более толстый пьезоэлемент будет иметь более низкую резонансную частоту, чем более тонкий элемент той же формы. Кроме того, подключение нагрузки к пьезодвигателю или исполнительному механизму снижает его резонансную частоту – чем выше нагрузка, тем больше снижается резонансная частота. В спецификациях производителя резонансная частота, указанная для пьезопривода, предполагает, что он не нагружен и один конец закреплен или присоединен к массе, которая значительно больше, чем привод.

Resonant Frequency

Где:

f0‘ = резонансная частота с добавленной массой (Гц)

mэффективность = mэффективность + дополнительная масса (кг)

В электрической цепи, представляющей пьезоэлемент, частота, при которой импеданс цепи минимален, представляет собой последовательную резонансную частоту, fs. И наоборот, параллельная резонансная частота, fp, в эквивалентной схеме возникает, когда импеданс в цепи теоретически бесконечен (при условии, что механические потери игнорируются). Это также известно как антирезонансная частота, fa.

Последовательные и параллельные частоты являются подходящими приближениями минимальной и максимальной частот импеданса – fm и fn, соответственно – и поэтому используются для определения параметров пьезоэлектрического двигателя или системы. Максимальный отклик пьезосистемы происходит между fm и fn. Пьезосистемы с более высокой резонансной частотой будут иметь лучшую фазовую и амплитудную характеристику, что означает, что рабочая частота может быть выше.

Теоретически резонансная частота — это рабочая частота, при которой пьезоматериал вибрирует наиболее легко и наиболее эффективно преобразует электрическую энергию в механическую. Однако пьезосистемы (особенно приводы, используемые для позиционирования) часто работают ниже своих резонансных частот, чтобы свести к минимуму сдвиг фазы между управляющим сигналом и приводом.

При работе ниже их резонансных частот пьезоэлектрические приводы действуют как конденсаторы, смещение которых пропорционально накопленному заряду. При быстром увеличении управляющего напряжения пьезосистема обычно может достичь своего номинального смещения за 1/3 периода своей резонансной частоты. Однако это приводит к значительному превышению, которое должно быть компенсировано контроллером.

Resonant Frequency

Где:

tминута = минимальное время нарастания (с)

f0 = резонансная частота (Гц)

Изображение предоставлено: Stack Exchange Inc.