Kann ich die gespeicherte Energie der induktiven Komponente eines Piezo-Summers erhöhen?

In diesem Beispiel eines Modells für ein Piezoelement gibt es eine induktive Komponente (ich denke, dies ist ein Quarzkristallmodell - es sollte für die Frage keine Rolle spielen. Diese Grafik wurde auch hier und hier verwendet ) :

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Wenn der Piezo vibriert, gibt es zwei Formen der Energiespeicherung ... kapazitiv und induktiv (oder so etwas wie induktiv). Ich glaube, dass die induktive Komponente vom piezoelektrischen Effekt herrührt, der das elektrische Feld über der Keramik mit seiner Ausdehnung auf der einen Seite und seiner Kontraktion auf der anderen Seite in Beziehung setzt. Aber es gibt auch eine massebezogene Impulsspeicherung von Energie, was bedeutet, dass wir die speicherbare Energiemenge erhöhen können (bei einer bestimmten Spannung, 50% Tastverhältnis, Rechteckwellenform, niedrigere Frequenz). Kann ich der schwingenden Masse ein kleines Gewicht hinzufügen und dadurch die gespeicherte „induktive“ Energie erhöhen? (oder was ich hoffe, ist die induktive Komponente). Und gibt es andere Möglichkeiten, dies zu tun, z. B. zusätzliche Steifigkeit (ein wenig), Federn auf beiden Seiten oder die Verbindung mit einem Stimmgabelzinken?

Was genau versuchst du zu bekommen? Amplitude erhöhen? Resonanzfrequenz reduzieren? Welches Bild nur ein Modell.
@ user263983 - Wie würde ich dieses Prinzip testen?
Es ist kein Prinzip, es ist ein Modell, eine Abstraktion.
@MicroservicesOnDDD Führen Sie für uns einige Analysen zu dem durch, was Sie dort haben. Stellen Sie uns nicht nur Fragen, indem Sie mit den Händen in der Luft herumfuchteln. Was denken Sie über die Festkörperphysik einer Kristallstruktur und wie Energie darin gespeichert werden könnte? Was würde das eigentlich bedeuten ? Kennen Sie sich zum Beispiel mit Phononen aus (das Modell jedenfalls)? Auf wie viele verschiedene Arten kann Energie in einem Stück Festkörper in Kristallform gespeichert werden? Welche Resonanzfrequenz hat dein Modell da? Welche Impedanz haben die einzelnen Elemente? Etc. Bring einige Sachen für uns zu Papier. Dann stellen Sie Fragen. Bitte.
In einem Kristallresonator erhöht das Abschleifen der Dicke die Frequenz, das Hinzufügen von Masse senkt die Frequenz. Der übliche Schwingungsmodus für Kristall ist dickwandig - wer weiß, welche keramischen Piezomodi es gibt?
"Wir können die Energiemenge erhöhen, die gespeichert werden kann (bei einer bestimmten Spannung, 50% Tastverhältnis, Rechteckwellenform, niedrigere Frequenz)" - ja, aber warum sollten Sie das tun?
Haben Sie für diesen Piezo 17 kHz gewählt oder nur willkürlich?
Sie müssen ein mechanisches Impedanzanpassungsgerät anbringen, um die mechanische Impedanz des Wandlers an die Impedanz des Mediums anzupassen (ich tippe auf Luft für Ihren Fall), wenn Sie es effizienter machen möchten. Dies kann eine dünne Membran sein, die üblicherweise bei kleinen Piepsern verwendet wird.
@ TonyStewartEE75 - Es war nur willkürlich. Ich habe die Grafik aus 2 anderen Antworten recycelt.
@BruceAbbott – Du hast mich gefragt: „Ja, aber warum solltest du das tun?“ Und meine Antwort ist... Für nur ein winziges Stück von diesem Kuchen: " Die weltweite Nachfrage nach piezoelektrischen Geräten wurde im Jahr 2015 auf etwa 21,6 Milliarden US-Dollar geschätzt ."

Antworten (2)

Piezos sind elektromechanische Wandler. Das bedeutet, dass sie buchstäblich eine Brücke zwischen der elektrischen und der mechanischen Welt sind. Die Serien-LCR-Schaltung in Ihrem Diagramm ist die elektrische Inkarnation des mechanischen Teils Ihres Piezosystems. Die Indizes 'm' in Ihrem Diagramm stehen für 'mechanisch' und die Werte von Lm, Cm und Rm ändern sich je nach mechanischem System, an dem der Piezo befestigt ist. Co ist nur die Massenkapazität des Piezos.

Im Allgemeinen sind die Werte der mechanischen Terme bei der Modellierung nützlich (z. B. Spice). Insbesondere ist die mechanische Resonanzfrequenz (und Q) mit der elektrischen Resonanzfrequenz des mechanischen Zweigs des Modells identisch:

Es gibt direkte Analoga zwischen den elektrischen Begriffen und den mechanischen Eigenschaften: L bezieht sich auf die Masse, C auf die Elastizität und R auf die Dämpfung. Tatsächlich haben die Bewegungsgleichungen für eine angetriebene LCR-Schaltung und einen angetriebenen gedämpften harmonischen Oszillator genau die gleiche Form. (Ich habe nach einer Online-Referenz gesucht, konnte aber keine angemessen einfache finden.)

Die Antwort auf Ihre Frage lautet also: Ja, Sie können den scheinbaren Lm erhöhen, indem Sie die mechanische Trägheit erhöhen. Dies könnte durch Hinzufügen von Masse erfolgen.

Gut gemacht! Ich liebe deine Antwort!
Einige technische Vereinfachungen oder Fehler im S / P-Modell, aber einige nützliche Informationen, wenn Sie sich die Masse einer Elektronendomänenwand mit PZT vorstellen können.
Dies ist ein LCRC-Resonator, kein LCR, übrigens, was den Unterschied ausmacht.

Keramische Resonatoren haben das gleiche Modell wie Quarzresonatoren und MEMS mit großen Unterschieden, dem Wandwinkelschnitt der Chemiedomäne und RLCC-Werten für die Wahl zwischen Parallelmodus und Serienmodus.

Für XO-Low-Power-Oszillatoren ist der Parallelmodus besser für Grundfrequenzen < 20 MHz und der Serienmodus für stabilere höhere Frequenzen und geringeres Phasenrauschen.

Piezo-PZT-Xtals werden für Summer und Ultraschallreiniger verwendet, und Schweißgeräte können einer viel höheren Leistung standhalten. Der knifflige Teil, der nie diskutiert wurde, ist, warum 10 bis 50 uW eine übliche niedrige Leistung für XTals sind. Dies liegt eigentlich daran, dass die Bewegungskapazität, die in Femtofarad für HF und Pikofarad für größere Leistungsgeräte angegeben ist, die Vibrations- oder Bewegungskapazität ist, die tatsächlich Tausende von Spannungen über sehr reinen Isolator-Kristalldomänenwänden hat, die in Resonanz treten.

Ich kann Ihr Modell auf Hochspannungsverstärkung abstimmen oder es für Vibrations- und Ultraschallschweißen von Metall ohne Wärme in Reihe mit Hochstrom schalten.

  • Hier zeige ich einen Plotselektor für die Spannung im Modus für jeden Knoten mit einem zusätzlichen Strommesswiderstand. und 3-Positionen-Schalter für Treiberimpedanz mit einem niedrigen RdsOn-Treiber, einer Resonanzinduktivität oder einem Aufwärtstransformator und einem Kondensator.

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Obwohl meine Spule mit 3 L (grob, mittel und fein) auf Doppelresonanz fein abgestimmt ist, würden Sie normalerweise 0 Grad verwenden. Phasenrückkopplung in einem Eigenresonanzverstärker, um ein Abstimmen des L zu vermeiden, und wählen Sie dann die Nennleistung für kurze Bursts oder reduzieren Sie die Leistung aus Gründen der Zuverlässigkeit.

Sie können einfach einen axialen Aufwärtstransformator (Einzelwicklung mit Abgriff) um den Ferritkern herum verwenden, um die Niederspannung über 100 V für einen wirklich lauten Summer von einer 1-Zoll-Membran (120 dB auf Armlänge) zu erhöhen. Wir haben diese gemacht für ein Unternehmen für persönliche Sicherheit in Montreal. Außerdem habe ich deren Designfehler behoben.

Das Fahren mit einer C-Serie wird nicht viel genutzt, aber gezeigt.

Die Gleichungen sind gut veröffentlicht und sogar der Serienwiderstand kann die Vektorimpedanz und -frequenz in einem Oszillator abstimmen, sodass es sich nicht um einen einfachen LC-Resonator handelt, sondern um einen doppelten Serien- / Parallelresonator mit separaten Frequenzen.

Das ist erstaunlich, Toni! Und ich werde Ihr Fachwissen im Hinterkopf behalten. Welche Art von Metall-auf-Metall-Schweißung kann mit Ultraschall unter Verwendung eines piezoelektrischen Elements durchgeführt werden? Ist es wie das Punktschweißen von Nickel an 18650 oder ist es wie der tiefere Schweißlichtbogen?
Ultraschallschweißmaschinen sind groß, leistungsstark und teuer
Wird in Anbetracht des hohen Q jemals eine Leistungsumwandlung unter Verwendung von Quarzkristallen und ihren "induktiven" Eigenschaften erreicht?
Bei Resonanz in einem Stromkreis bevorzugt man, dass sie eine Phase von 0 oder 180 Grad haben, sodass die CCT wie ein Widerstand aussieht, abhängig von fs von fp. niedrig oder hoch, reagiert aber auf Selbstkorrektur durch Feedback. Zum Schweißen von Kristallmetallgehäusen verwenden sie also hohe Leistung in Reihe mit niedrigen Rs
Wie würden Sie einen Piezo auf Hochstrom abstimmen?
Ich habe den Strom bei einem angeklickten f auf dem Diagramm überwacht und mit dem Daumenrad unter Verwendung von 3 Serien-Ls eingestellt. induktiv wie ein Servo, der die Spitze findet. Aber typischerweise verwenden sie eine induktive Leistungshalbbrücke in diesem Bereich, da die Last das Q senkt und die BW ausbreitet aufgrund von Geschwindigkeit vs. Klebstoffen, aber mein Freund brauchte eine Kaltschweißung für dünnen Edelstahl und lieh sich das Tisch-Ultraschallschweißgerät eines Freundes. Sie alle haben die gemeinsame Impedanzkurve einer Reihenkerbe, gefolgt von einer parallelen Spitze
Für alte Freon-Tanks würden sie ein höheres f verwenden, um mehr Energie in die Reinigungstanks mit kleineren Wellenlängen, aber großer Verdrängung zu bringen google.com/… ipcsit.com/vol51/074-A1137.pdf
Kann ich die gespeicherte Energie der induktiven Komponente eines Piezo-Summers erhöhen?
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