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

Yıl 2017, , 523 - 528, 30.06.2017

Levent Paralı , Özge Cihanbeğendi Şahin Ali Sarı Jiri Pechousek

https://doi.org/10.18466/cbayarfbe.319957

Öz

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.

Anahtar Kelimeler

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

Kaynakça

• [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] 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] 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] 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] 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] 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] 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] 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] 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.
• [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.
• [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.