Введение к работе
Актуальность проблемы. Пьезоэлектрические преобразователи имеют обширную область применения. Периферийные вводные устройства вычислительной техники; котировочные элементы адаптивной оптики; навигационные системы управления, информационно-измерительная техника; средства связи с оптоволоконными каналами; исполнительные механизмы в системах автоматического управления далеко не полный перечень сфер применения пьезоэлектрических преобразователей. Это объясняется тем, что пьезоэлектрические преобразователи по сравнению с альтернативными обладают такими преимуществами как технологичность, стабильность в работе, предельная конструктивная простота, высокое быстродействие и долговечность в процессе эксплуатации.
Несмотря на весьма широкую область применения пьезоэлектрических преобразователей, до сих пор отсутствует приемлемая для практических целей работа, которая в достаточной степени освещала бы процессы, происходящие в пьезоэлектрических динамических каналах электроакустических устройства с учетом взаимности преобразований.
В известных работах в области электроакустики обычно использовались сложные математические аппараты, которые значительно затрудняли проведение инженерных расчетов основных статических и динамических характеристик указанных преобразователей. Поставленные исследовательские и конструкторские работы в основном базировались на профессиональной интуиции исследователей и разработчиков, что способствовало затратам чрезмерно многого времени и привела к недопустимым неточностям полученных научно-практических результатов.
Указанные пробелы выдвинули в качестве актуальной задачи разработку основ построения и исследования пьезоэлектрических преобразователей для электроакустических устройств по упрощенной методике.
Целью работы является разработка и исследование пьезоэлектрических преобразователей для электроакустических устройств, которые обеспечиваются унификацией принципов построения пьезо-
электрических преобразователей рода энергии, инженерный метод расчета чувствительностей, исследованием динамической модели и математического моделирования потерь при электроакустических преобразованиях.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
разработка и исследование дифференциальных пьезоэлектрических преобразователей для механических (акустических) преобразований;
исследования статических характеристик и разработка упрощенной методики расчета чувствительности пьезоэлектрических преобразователей при активной и комплексной нагрузке для случаев: нагрузка является активным сопротивлением и нагрузка является комплексным сопротивлением;
построение линейной математической модели ПП для электроакустических устройств;
- создание алгоритма расчета переходных процессов и сопоставле
ние результатов теоретических и экспериментальных исследований;
- исследование потерь, возникающих в пьезоэлектрических пре
образователях при электроакустических преобразованиях.
Методы исследования. Исследования проводились с помощью методов теории упругости, классической теории пьезоэффекта, теории статических электромеханических преобразователей, метода электромеханических аналогий, теории автоматического управления систем с сосредоточенными параметрами, теории погрешностей.
Для проверки основных теоретических результатов проведено экспериментальное исследование пьезоэлектрических преобразователей на специально разработанных лабораторных стендах. Научлая-новмана. Новыми результатами работы являются:
разработка дифференциальных и активных способов преобразования, реализуемых в пьезоэлектрических преобразователях для электроакустических устройств;
инженерный метод расчета чувствительностей пьезопреобразо-вателей с нагрузкой активного и комплексного характера;
динамическая модель пьезоэлектрических преобразователей для электроакустических устройств;
алгоритм расчета переходных процессов пьезопреобразователей при различных внешних воздействиях.
- математическое моделирование потерь в ПП, возникающих при
электромеханических преобразованиях.
На защиту выносятся:
1. Дифференциальные пьезоэлектрические преобразователи при
активном способе определения параметров электроакустических
устройств.
2. Математическое описание статических характеристик пьезоэлек
трических преобразователей.
-
Математическая модель пьезоэлектрических преобразователей для электроакустических устройств.
-
Математическое моделирование потерь пьезоэлектрических преобразователей для электроакустических устройств. Практическая ценность .работы. Разработка общих принципов создания новых пьезоэлектрических преобразователей упрощает задачу проектирования, вытекающую из конкретных областей применения таких преобразователей, кроме того, сокращается количество доводочных работ после их реализации.
Разработанные и исследованные пьезоэлектрические преобразователи позволяют значительно расширить применения в средствах автоматического управления и в средствах связи.
Разработанный инженерный расчет статических характеристик пьезоэлектрических преобразователей значительно облегчает юстировки готовых устройств, появляется возможность минимизировать массогабаритные размеры указанных преобразователей.
Созданная динамическая модель пьезоэлектрических преобразователей позволяет с достаточной для практики достоверностью определить быстродействие и эксплуатационные параметры созданных пьезоэлектрических элементов электроакустических устройств. Результаты диссертационной работы были применены в НПО "БЗБК". Кроме того, результаты данной работы используются в учебном процессе в Азербайджанском Техническом Университете (в лекционных курсах, при курсовом и дипломном проектировании) и научно-исследовательских работах, проводимых Университетом. Аппробация работы. Научные и практические результаты работы докладывались на следующих конференциях:
- научно-технической конференции Азербайджанского Технического
Университета в 1996г.;
- I международной (III всероссийской) конференции по электро-
механотронике (г. Санкт-Петербург, 1997г.);
- на конференции АзТУ. 1996г.
Публикации. Основное содержание диссертационной работы изложено в о работах.
Структура и объем „работы. Диссертационная работа на 150 страницах состоит из введения, 4-х глав, общих выводов и результатов работы, списка использованной литературы из 81 наименования, 66 рисунков и 9 таблиц.
