Lazer Tabanlı Dijital Ölçüm Sistemi ile Piezoelektrik Eyleyicilerin Rezonans ve Anti-Rezonans Frekanslarının Belirlenmesi

Abstract

Günümüzde piezoelektrik sensörler, piezoelektrik patchler aracılığıyla çelik yapıların sağlamlık kontrollerinde, mekanik enerjinin elektrik enerjiye çevrilmesiyle güç hasat toplama üniteleri için gerekli elektrik depolamalama sistemlerinde, uçak gövde yapılarının izlenmesinde ve mekatronik sistemlerin hareketli aksamları gibi birçok alanda kullanılmıştır. Aynı zamanda piezoelektrik sensörler, buzzer olarak ses simülatörlerinde, mikrofonlarda, kulaklıklarda, basınç ölçümlerinde, sualtındaki kablosuz ultrasonik haberleşme sistemlerinde ve medikal ekipmanlarında da kullanılmıştır. Bu çalışma, bir titreşim-ölçer (vibrometre) olarak lazer yer değiştirme sensör tabanlı dijital ölçüm sisteminin yenilikçi bir tasarımını tanıtır. Aynı zamanda lazer yer değiştirme sensör tabanlı dijital bir ölçüm sistemi tarafından uyartılan bir piezoelektrik eyleyicinin titreşim özelliklerine göre, rezonans -antirezonans frekans özelliklerini belirlemeyi amaçlar. Piezoelektrik eyleyicinin titreşim tepkimesi, işaret üreticinin çıkışı ve sayısallaştırıcı kart girişinin bir kişisel bilgisayar tarafından işlenmesiyle elde edilmiştir. Titreşimin rezonans frekansı, lazer yer değiştirme sensörü tarafından ölçülen sinyal tepkimesindeki süpürmeli sinusiodal uyartımlarını izleyen pik değerlerinden faydalanılarak ölçülmüştür. Maksimum yer değiştirmeye sahip rezonans frekans sonucu, büyük ölçüde piezoelektrik diskin iyi sabitlenmesine bağlıdır. Elde edilen ölçüm sonuçları, kurulunan dijital ölçüm sisteminin, piezoelektrik diskin rezonans frekanslarını 20 MHz’e kadar 1 Hz’lik çözünürlükte ölçerek ayırt edebilir kapasitede olduğunu gösterir. Lazer yer değiştirme sensörünün kontrol ünitesinden elde edilen analog sinyal, piezoelektrik eyleyicinin mekaniksel titreşimiyle doğrudan ilişkilidir. Piezoelektrik eyleyicinin elektromekanik kublaj faktörü-k, rezonans ve antirezonans frekans değişimlerine göre hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlar, piezoelektrik eyleyici üretici firmasının deklare ettiği katolog değerleriyle uyumludur.

Keywords

• Dijital ölçüm sistemi,lazer yer değiştirme sensörü,rezonans-antirezonans frekansları,Digital measurement system,laser displacement sensor,resonance-antiresonance frequencies

References

1. [1] Ajitsaria, J; Choe, S.Y., Shen, D.; Kim, D.J. Modeling and analysis of a bimorph piezo electric cantilever beam for voltage generation. Smart Mat. and Struc. 2007; 16,447–454.
2. [2] Dakua, I.; Afzulpurkar, N. Piezoelectric Energy Genera-tion and Harvesting at the Nano-Scale: Materials and Devi-ces. Nanomat and Nanotech 2013; 3, 21.
3. [3] Croft, D; Shed, G.; Devasia, S. Hysteresis, Creep and Vibration Compensation for Piezoactuators: Atomic Force Microscopy Application, J. Dyn Sys. Meas., Contr. 1999; 123(1), 35-43.
4. [4] Zou, Q.; Lenag, K.K.; Sadoun, E.; Reed, M.J.; Devasia S. Control Issues in High-Speed AFM for Biological Applica-tions: Collagen Imaging Example, Asian J. Control, 2004; 6 (2), 164-178.
5. [5] Stöppler, G.; Douglas, S. Adaptronic Gantry Machine Tool with Piezoelectric Actuator for Active Error Compen-sation of Structural Oscillations at the Tool Centre Point, Mechatronics, 2008; 18 (8), 426-433.
6. [6] Yang, W.; Lee, S.Y.; You, B.J. A Piezoelectric Actuator with a Motion-Decoupling Amplifier for Optical Disk Dri-ves, Smart Material Structure 2010; 19 (6), 065027.1-065027.
7. [7] Wei, J.J.; Qiu, Z.C.; Han, J.; Wang, Y.C. Experimental Comparison Research on Active Vibration Control for Flexible Piezoelectric Manipulator Using Fuzzy Controller, J. Intel. Rob. Sys. 2010; 59 (1), 31-56.
8. [8] Norman, P.; Bäckström, M.; Rantatalo, M.; Svoboda, A.; Kaplan, A. A sophisticated platform for characterization, monitoring and control of machining, Meas. Sci.Tech. 2006; 17 (4), 847–854.

9. [9] Wang, X.D.; Li, N.; Liu, M.W.; Wang, L.D. Dynamic cha-racteristic testing for MEMS micro-devices with base excita-tion, Meas. Sci. Technol. 2007; 18, 1740–1747. [10] Zhen, S.; Chen, B.; Yuan, L.; Li, M.; Liang, J.; Yu, B. A novel interferometric vibration measurement sensor with quadrature detection based on 1/8 wave plate, Opt. Laser Tech. 2010; 42, 362–365.
10. [11] Matthew, S.A.; Hooker, W.W. National Aeronautics and Space Administration Langley Research Center, Characte-rization of Multilayer Piezoelectric Actuators for Use in Active Isolation Mounts, 1997.
11. [12] Paralı, L.; Pechousek, J.; Şabikoğlu, İ.; Novak, P.; Nava-rik, J.; Vujtek, M. A digital measurement system based on laser displacement sensor for piezoelectric ceramic discs vibration characterization, Optik – Int..J. L. Elect. Opt. 2016; 127, 84–89.