Shear Piezoelektrik Nozul için Tahrik Güç Kaynağının Tasarımı ve Gerçekleştirilmesi
Li Yong1, Kong Chunwei2, He Jiai2, Kong Quancun3, Zhao Xiang4
(1. Makine Mühendisliği Bölümü, Tsinghua Üniversitesi, Pekin Anahtar Hassas / Ultra Hassas İmalat Ekipmanları ve Kontrolü Laboratuvarı, Pekin 100084; 2. Bilgisayar ve İletişim Fakültesi, Lanzhou Teknoloji Üniversitesi, Lanzhou 730050, Gansu; 3. Enstrüman Bilimi ve Optoelektronik, Pekin Bilgi Bilimi ve Teknolojisi Üniversitesi School of Engineering, Beijing 100192; 4. School of Mechanical Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083)
Baskı kafası tahrik gücü, piezoelektrik baskı kafasının temel bileşenlerinden biridir. Kalınlık kesme piezoelektrik nozul aktüatörünün yapısal özelliklerine göre, 0.11 0.32 m aralığındaki çalıştırma duvarının yer değiştirmesi ile 20 60 V aralığında yaklaşık olarak tahrik voltajının doğrusal artışı arasındaki ilişki analiz edilir ve çalıştırma duvarı 15 çıkarılır. KHz rezonans temel frekans değeri, mürekkep püskürtmeli kanalın "üç döngülü" sürücü modunun zamanlaması ile birleştirildiğinde, DC dönüşüm prensibine dayalı bir anahtarlamalı sürücü güç kaynağı tasarlandı, bu, 32 mürekkep püskürtmeli kanalın gruplanmış enjeksiyonunu gerçekleştirir ve maksimum çıkış voltaj aralığı ± 60'tır. V, pozitif ve negatif darbe genişliği ve ayar süresi çevrimiçi olarak 15 200 s içinde ayarlanabilir, tek çıkış akımı 6 mA'dan büyüktür ve maksimum darbe genişliği hatası% 3'ten azdır. Ön testler, sürücü güç kaynağının fizibilitesini test etti.
Piezoelektrik nozul; kesme tipi; rezonans temel frekansı; üç döngü; tahrik gücü
Geleneksel baskı, endüstriyel mürekkep püskürtmeli, biyomedikal ve diğer endüstrilerin güçlü gelişimi ile, iyi mürekkep damlası homojenliği, güçlü kontrol edilebilirliği ve daha az uydu noktası nedeniyle makas tipi piezoelektrik mürekkep püskürtmeli baskı teknolojisi ortaya çıkmıştır. Günümüzde en çok uygulanan teknolojidir. Potansiyel mürekkep püskürtmeli baskı teknolojisi. Kesme tipi piezoelektrik mürekkep püskürtmeli baskı teknolojisinde, piezoelektrik nozül yapısı ve tahrik güç kaynağı, anahtar teknolojileridir.Nozul tahrik güç kaynağının uyarma puls çıkışının genlik ve frekans özellikleri, nozül tarafından püskürtülen mürekkep damlacıklarının boyutunu, hızını ve sıklığını etkiler. Bu nedenle etkili bir kesme piezoelektrik meme tahrik güç kaynağının geliştirilmesi, nozül püskürten mürekkep damlalarının performansının iyileştirilmesi için büyük önem taşımaktadır.
Kesme tipi piezoelektrik nozüllerin iyi gelişme beklentileri ışığında, yerli ve yabancı araştırmacılar nozül yapısını ve piezoelektrik seramik tahrik gücünü araştırdı ve inceledi. Kesme tipi piezoelektrik nozülün çalıştırma duvarının piezoelektrik özelliklerinden başlayarak Jürgen ve arkadaşları, nozülün yapısal özelliklerini ve üretim sürecini inceledi. Nozül yapısını optimize etmek için Herman ve arkadaşları, nozül püskürtme mürekkebinin dinamik sürecini araştırma nesnesi olarak alarak kanaldaki elektrik alanı, akış alanı ve ses alanının karşılıklı bağlantısının matematiksel ve fiziksel modellerini analiz ettiler. Piezoelektrik seramiklerin malzeme özelliklerine göre, Guangya Liu ve arkadaşları piezoelektrik seramik mikro yer değiştirme tahrik gücünü inceledi. Bununla birlikte, yukarıda bahsedilen araştırmaların tümü, meme yapısı veya piezoelektrik seramik tahrik güç kaynağı perspektifinden gerçekleştirilmektedir ve ikisi arasında korelasyon bağlantısından yoksundur. Bu problemi hedefleyen, harekete geçirme duvarının özelliklerinin analizine dayanan ve kesme tipi piezoelektrik nozülün spesifik yapısını birleştiren bu makale, nozül yapısını ve piezoelektrik seramikleri gerçekleştirmek için DC dönüşümü prensibine dayalı bir anahtarlama tipi kesme tipi piezoelektrik nozül tahrik güç kaynağı tasarlar. Tahrik gücünün ilişkili bağlantısı. Tasarlanan nozül tahrik güç kaynağı kullanılarak, güç performans testi deneyi gerçekleştirildi.
1.1 Kalınlık kesme tipi piezoelektrik nozul tahrik yapısı
Kalın kesme tipi piezoelektrik nozul, piezoelektrik seramiğin ters piezoelektrik etkisini kullanarak çalıştırma duvarının kalınlık kesme titreşimi oluşturmasına neden olan, mürekkep boşluğunun düzenli olarak artmasına-azalmasına ve mürekkebin nozül deliğinden sıkılmasına neden olan mikroelektromekanik bir cihazdır. . Genel olarak, piezoelektrik nozülün yapı tasarımının amacı, çalıştırma duvarının büyük bir titreşim genliğini ve nozül normal çalıştığında güçlü bir mürekkep püskürtme kabiliyetini gerçekleştirmektir. Araştırma ve analiz yoluyla, çalıştırma duvarı kalınlık-kesme titreşimi modunda olduğunda, yalnızca kesme deformasyonu vardır, modlar arasında bağlantı yoktur, düşük enerji kaybı ve yüksek elektromekanik dönüştürme verimliliği Bu sırada, çalıştırma duvarı diğer titreşim modlarından daha büyük bir titreşim genliğine sahiptir. Nozülün güçlü bir mürekkep püskürtme yeteneği vardır. Nozül çalıştırma duvarı, elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştüren bir bileşendir.Üretim malzemesinin elektromekanik bağlantı katsayısı, malzeme seçiminin önemli bir göstergesidir.Daha yüksek elektrik enerjisi ve mekanik enerji dönüştürme verimliliği elde etmek için, daha büyük bir elektromekanik bağlantı katsayısına sahip yumuşak bir piezoelektrik seramik PZT seçin -5H, piezoelektrik meme çalıştırma duvarı üretmektedir.
Kesme piezoelektrik nozulun işlevine ve yukarıdaki analize göre, temel malzeme olarak PZT-5H piezoelektrik seramikler kullanılarak, kesme piezoelektrik nozulun çalıştırıcı yapısı Şekil 1'de gösterildiği gibi tasarlanmıştır. Piezoelektrik meme çalıştırıcısı temel olarak bir piezoelektrik seramik taban, bir piezoelektrik seramik çalıştırma duvarı, bir piezoelektrik olmayan seramik üst kapak, bir bağlantı filmi, bir ped ve meme delikleri olan bir meme plakasından oluşur.
Şekil 1 Kesme tipi piezoelektrik nozul çalıştırıcının yapısı
Şekil l'de gösterilen kesme tipi piezoelektrik nozül çalıştırıcı yapısında, araştırma nesnesi olarak tek kanal I seçilir ve çalıştırma duvarı kalınlık kesme titreşimi oluşturduğunda mürekkep odası hacim değişim süreci Şekil 2'de gösterilmektedir. Çalıştırma duvarlarının her iki tarafı 0 potansiyeline bağlandığında, çalıştırma duvarları statik bir durumdadır ve mürekkep odası hacmi de, Şekil 2 (a) 'da gösterildiği gibi, sol ve sağ çalıştırma duvarları aynı anda ileri ve geri yönleri sırasıyla uyguladığında orijinal durumdadır. Elektrik alanı uygulandığında, çalıştırma duvarı mürekkep haznesinin dışına hareket eder.Bu işlem, mürekkep haznesinin hacminin artmasına neden olur ve içinde negatif basınç oluşur Mürekkep, Şekil 2 (b) 'de gösterildiği gibi mürekkep haznesinden ve nozül deliğinden mürekkep haznesine akar. Daha sonra, iki tahrik çeperindeki elektrik alanları aynı anda tersine çevrilir ve iki tahrik çeperi, mürekkep haznesinin içine doğru hareket eder Bu işlem, mürekkep haznesinin hacminin azalmasına neden olur ve mürekkebin nozül deliğinden püskürtülmesi için içeride pozitif basınç oluşturulur. Şekil 2 (c) 'de gösterildiği gibi.
(a) Statik durum (b) Hacim artış durumu (c) Hacim azalma durumu
Şekil 2 Tek kanallı mürekkep haznesinin hacim değişim süreci
1.2 Aktüatör duvar yer değiştirmesinin ve rezonans temel frekansının analizi
Kesme tipi piezoelektrik nozülün çalıştırma duvarının hareket özelliklerini analiz etmek için, Şekil 1'deki çalıştırma duvarı 3 yönde polarize edilmiştir ve dış baskı olmadan kalınlık kesme titreşimine maruz kalması için 2 yönde bir elektrik alanı uygulanmıştır. Piezoelektrik denklem, s23 = d15 E2 gerilimini alabilir, burada d15, piezoelektrik gerinim katsayısı ve E2, elektrik alan kuvvetidir. S23 gerilimine karşılık gelen iç gerilim, kısa devre elastik uyum katsayısıdır.
Çalıştırma duvar kalınlığının kesme titreşimi sırasında gerilimin piezoelektrik nozülün yer değiştirmesi üzerindeki etkisini belirlemek için, Şekil 1'de gösterilen nozül çalıştırıcı yapı modelinin çalıştırma duvarında aşağıdaki koşullar ve değişkenler tanımlanmıştır: çalıştırma duvarının üst kısmı bir bakır elektrot ile kaplanmıştır; Harekete geçen duvar uzunluğu l, elektrot yüksekliği h, harekete geçen duvar kalınlığı w (w, h'den çok daha küçüktür), çalıştırma duvarı z yönünde polarize edilir, y yönünde bir elektrik alanı uygulanır, wl yüzeyi ters z yönünde sabitlenir ve wl yüzeyi z yönünde yapıştırılır. destek. Y yönündeki sapmanın f olduğunu, o zaman f'nin x, z, t'nin bir fonksiyonu olduğunu ve çalıştırma duvarının titreşimi için diferansiyel denklemin:
Formül (1) 'de, D bükülme sertliği, E0 Young modülü, Poisson oranı ve m, çalıştırma duvarının alan kütlesidir.
Çalıştırma duvarının uzunluğu elektrotun yüksekliğinden çok daha uzun olduğu için, y yönündeki çalıştırma duvarının sapmasının f x'in değişmesiyle değişmediği, yani f (x, z, t) = f (z, t) yaklaştırılabilir.
Harekete geçirici duvar elektroduna dinamik bir elektrik alanı uygulandığında, sınır koşulları şunlardır:
Formül (2) 'de, U tahrik voltajıdır ve r, üst kapak ve bağlantı filmi yaylara eşdeğer olduğunda yay sabitidir. Sınır koşullarının denklem (1) 'e ikame edilmesi, z = h olduğunda, harekete geçirici duvar yer değiştirmesi S:
Formül (3) 'te, sabit olan m = r (sinkh-sinwkh) + k3 (coskh + coswkh), n = k3 (sinkh-sinwkh) -r (coskh-coswkh) ve a2 = DE polarizasyon elektrik alan yoğunluğudur. Nozül 40 ila 80 pL mürekkep damlacıklarını püskürttüğünde, çalıştırma duvarının karşılık gelen yer değiştirmesi S 0.11 ila 0.32 um'dir. Tablo 1'de gösterilen çalıştırma duvarının boyutlarını ve parametrelerini denklem (4) ile değiştirerek, yer değiştirme 0,11 m olduğunda yaklaşık gerilim U1 = 20 V; yer değiştirme 0,32 m olduğunda yaklaşık gerilim U2 = 60 V. Bu nedenle, denklem (4) 'den 0.11 ila 0.32 m aralığındaki çalıştırma duvarının yer değiştirmesinin, 20 ila 60 V aralığındaki tahrik voltajı ile yaklaşık olarak doğrusal olarak arttığı görülebilir.
Çalıştırma duvarının yer değiştirmesinin, kaplanmış bakır elektrotun çalıştırma duvarına uygulanan uyarma darbesi frekansı, çalıştırma duvarının rezonans temel frekansına eşit olduğu durumda, tahrik voltajı ile yaklaşık olarak doğrusal olarak arttığı aralık dahilinde, harekete geçiren duvar kalınlığının kesme titreşiminin genliği en büyüktür. . Çalıştırma duvarının rezonant temel frekansını elde etmek için, çalıştırma duvarının rezonant temel frekansına yaklaşmak için Rayleigh enerji yöntemi kullanılır.
Şekil 1'de gösterilen kesme piezoelektrik meme çalıştırıcısının yapısal modeline göre, çalıştırma duvarının kalınlığının kesildiği ve titreştirildiği herhangi bir zamanda sapma:
Formül (4) 'te q yük, açısal frekans, c başlangıç aşaması ve v0 çalıştırma duvarının özfonksiyonudur. Çalıştırma duvarının yapısal özelliklerine göre şunları ayarlayın:
Denklemden (5), sapma:
Denklem (6) 'ya göre, çalıştırma duvarının potansiyel enerjisi:
Harekete geçen duvar kinetik enerjisi:
Formül (8) 'de g, yerçekiminin ivmesidir.
Kinetik enerji ile potansiyel enerji Umax = Tmax arasındaki ilişkiye göre, çalıştırma duvarının rezonans temel frekansı çözülür:
Tasarlanan çalıştırma duvarının boyutu ve parametreleri denklem (9) olarak değiştirildiğinde, çalıştırma duvarının rezonans temel frekansı 15 kHz'dir.
Piezoelektrik nozülün çalıştırma duvarı yer değiştirmesinin ve rezonans temel frekansının teorik analizine dayanarak, PZT-5H tarafından yapılan çalıştırma duvarının, 0.11 0.32 m aralığındaki çalıştırma duvarı yer değiştirmesinin 20 60 V aralığındaki tahrik voltajına benzer olduğu sonucuna varılmıştır. Doğrusal artış; rezonans temel frekansı yaklaşık 15 kHz'dir.
2 Piezoelektrik nozulu kesmek için tahrik güç kaynağı tasarımı
2.1 Çalıştırma duvarı sürücü dalga biçimi tasarımı
Piezoelektrik meme çalıştırıcı kanalı, paralel olarak düzenlenmiş bir dizi çalıştırma duvarından oluşur ve bitişik kanallar aynı çalıştırma duvarını paylaşır Tahrik gücü uyarma darbesi, kanal yastığına uygulandığında, çalıştırma duvarı kapasitörün çalıştırma voltajına eşdeğerdir. Her iki taraftaki kanal voltajları arasındaki fark. Dışarıya ve sonra içeri doğru hareket eden çalıştırma duvarının çalışma özelliklerini analiz ederken, bitişik kanal uyarma darbeleri Şekil 3'te gösterilen zamanlama ilişkisini karşılamalıdır. Çekme aşamasında, çalıştırma duvarı dışarıya doğru hareket eder, mürekkep haznesinin hacmi artar ve mürekkep, mürekkep haznesinden ve meme deliğinden mürekkep püskürtme kanalının ortasına akar. Güçlendirme aşamasında, çalıştırma duvarı içeri doğru hareket eder, mürekkep haznesinin hacmi azalır ve mürekkep, mürekkep püskürtme kanalının nozül deliğinden sıkıştırılır. tsetting, mürekkep damlacığı çıkarma işlemi tamamlandıktan sonraki değişken ayar süresidir. Tam bir enjeksiyonun T periyodu, tdraw, treinforce ve tsetting toplamından oluşur.
Şekil 3 Tek kanallı uyarma darbe zamanlama diyagramı
Genel olarak, Şekil l'de gösterilen kesme tipi piezoelektrik meme çalıştırıcının bir kanalından mürekkep püskürtüldüğünde, çalıştırma duvarının girişiminden dolayı bitişik kanallar aynı anda çıkarılamaz. Nozulun ortak çalıştırma duvarı yapı tasarımına dayanan bitişik kanallarının aynı anda püskürtememesi sorununu çözmek için kanalların üç gruba ayrılması ve dönüşümlü çalışma yönteminin benimsenmesi önerilmektedir. 1 + 3n numaralı kanallar A grubu, 2 + 3n numaralı kanallar Püskürtme kanalı B grubu ve 3 + 3n numaralı kanal C grubudur. Belirli bir kanal seti mürekkep damlacıklarını püskürtmek üzereyken, kanal seti Şekil 3'teki b kanalına uyarma darbesini uygular ve kanal a ve kanal c üzerindeki uyarma darbeleri iki bitişik kanala uygulanır.
2.2 Tahrik gücü tasarımı
Kesme piezoelektrik nozul işlevi, aktüatörün yapısal özellikleri, çalıştırma duvarının yer değiştirmesi, 20 ila 60 V aralığındaki tahrik voltajı ile yaklaşık olarak doğrusal olarak artar, çalıştırma duvarının rezonans temel frekansı 15 kHz ve mürekkep püskürtme kanalı "üç döngü" dür. "Sürücü modunun zamanlaması, DC dönüşüm prensibine dayalı bir anahtarlamalı sürücü güç kaynağı tasarlanmıştır. Güç kaynağı, 32 kanalın grup enjeksiyonunu gerçekleştirir, maksimum çıkış voltajı aralığı ± 60 V'dir ve pozitif ve negatif darbe genişliği ve ayar süresi, 15-200 s içinde çevrimiçi olarak ayarlanabilir. Kesme tipi piezoelektrik nozül sürücü güç kaynağının genel blok şeması Şekil 4'te gösterilmektedir. Piezoelektrik nozül sürücü güç kaynağı, bir ana kontrol modülü, bir çok kanallı sinyal üretici modülü, bir güç amplifikatör modülü ve bir ana bilgisayar modülünden oluşur.
Şekil 4 Kesme piezoelektrik nozul tahrik güç kaynağının genel blok şeması
Ana kontrol modülü, çekirdek denetleyici olarak C8051F020 tek çipli mikro bilgisayarı kullanır.Inkjet kanal bilgilerini, uyarma puls pozitif ve negatif puls genişliğini ve seri iletişim modülü aracılığıyla üst bilgisayardan alt bilgisayara gönderilen ayar süresi bilgilerini içeren protokol alanlarını ayrıştırır ve analiz sonucu Kontrol sinyalinin ve yazdırma verilerinin biçimi, çok kanallı sinyal oluşturucuya gönderilir. Çok kanallı sinyal üreteci, güç amplifikasyonundan önce kontrol sinyalinin 32 kanal genişlemesini gerçekleştiren ve verileri yazdıran FPGA tarafından tasarlanmış ve özelleştirilmiştir. İnkjet kanallarının sayısının ölçeklenebilirliği ve gelecekte sinyal oluşturucu sayısının özelleştirilebilirliği dikkate alınarak, çok kanallı sinyal oluşturucuyu gerçekleştirmek için Altera'nın uygun maliyetli EP4CE10E22C8N yongası seçildi.
Güç amplifikasyon modülü, sinyal oluşturucu tarafından üretilen sinyalin güç amplifikasyonunu gerçekleştirir Yükseltilmiş uyarma darbesi mürekkep püskürtme kanalı pedine uygulandığında, çalıştırma duvarı, mürekkep boşluğunun düzenli olarak artmasına-azalmasına neden olan kalınlık kesme titreşimi üretir. Püskürtme ucu deliğinden mürekkebi sıkın. Güç amplifikatörü modülü, MOS tüpleri tarafından oluşturulan bir tam köprü çıkış amplifikatör devresini benimser Bitişik iki kanallı amplifikatör devresi Şekil 5'te gösterilmiştir. Güç amplifikatörü devresi dört bölümden oluşur: fotoelektrik izolasyon, MOS tüp sürücüsü, kenar ayarı ve güç amplifikatörü.
Şekil 5 Güç amplifikatörü devresi
Fotoelektrik izolasyon modülünün giriş sinyali, optokuplörler H1, H2 ve dirençler R1, R2, R10 ve R11'den oluşan 32 kanallı sinyal oluşturucu çıkış sinyalidir. Bu modül, yüksek gerilim devresinin ve alçak gerilim devresinin elektriksel izolasyonunu gerçekleştirir ve elektromanyetik paraziti etkili bir şekilde bastırır. Fotoelektrik izolasyon modülünün çıkış sinyali genliği düşüktür ve güç amplifikatörü modülünün MOS tüpünü sürmek zordur Bu nedenle, fotoelektrik izolasyon modülünün çıkış sinyalini yükseltmek için bir MOS tüp sürücü modülü tasarlanmıştır. MOS tüp sürücü modülü, Q1 ve Q2 NPN transistörlerinden ve R3, R4, R12 ve R13 dirençlerinden oluşur. MOS tüp çıkış darbesinin yükselen ve alçalan kenarlarının ayarlanabilir dikliğini gerçekleştirmek için R5, R7, R8, R14, R16 ve R17 dirençlerinden oluşan bir kenar ayar modülü tasarlanmıştır. Güç amplifikatörü modülü, darbeli güç amplifikasyonunu gerçekleştiren T1 - T6 MOS transistörleri, R6, R9, R15, R18 dirençleri, C1, C2 kondansatörleri ve D1 - D4 diyotlarından oluşur. MOS transistörleri T2 ve T5'in geçit voltajını arttırmak ve T2 ve T5'in normalde açık olmasını sağlamak için C1 ve C2 kapasitörleri, D1 ve D3 diyotları ve R6 ve R15 dirençlerinden oluşan bir boost bootstrap devresi tasarlanmıştır. Yüksek voltajlı güç kaynağını korumak için dirençler R9 ve R18, akım sınırlayıcı dirençler olarak görev yapacak şekilde tasarlanmıştır. MOS transistörleri T2 ve T3, T5 ve T6'nın itme-çekme durumunda dönüşümlü olarak çalışmasını sağlamak için, MOS transistörleri T1 ve T2, güç amplifikatörü devresinin giriş sinyalini tersine çevirmek üzere tasarlanmıştır. Çalıştırma duvarında kalan elektrik yükünün, uyarma darbesi yüksekten düşüğe değiştiğinde devrenin tepki hızı üzerindeki etkisini azaltmak için T3 ve D4, T6 ve D2'den oluşan pozitif ve negatif bir deşarj devresi tasarlanmıştır.
Devredeki giriş sinyalleri U1 ve U2 Şekil 3'te gösterilen zamanlama ilişkisini karşıladığında, kesme tipi piezoelektrik meme çalıştırma duvarının şarj ve deşarj süreci şu şekildedir: U1 yükselir ve U2 düşüktür, MOS transistörleri T2 ve T6 açılır ve T3 , T5 kapatılır, 20 60 V ayarlanabilir DC güç kaynağı harekete geçirici duvarı T2 ve T6 üzerinden ileri doğru şarj eder ve çalıştırma duvarı dışarı doğru hareket eder; U1'in düşen kenarı gelir ve U2 düşüktür, MOS transistörleri T3 ve T6 açılır T2 ve T5 kapatılır, çalıştırma duvarı T3 ve D4'ten oluşan devre aracılığıyla ileri doğru boşaltılır ve çalıştırma duvarı içeri doğru hareket eder. U1 alçaktır ve U2'nin yükselen kenarı gelir, MOS transistörleri T5 ve T3 açılır, T6 ve T2 kapatılır ve 20-60 V ayarlanabilir DC güç kaynağı çalıştırma duvarını T5 ve T3 boyunca tersine şarj eder ve çalıştırma duvarı doğru hareket etmeye devam eder İç hareket. U1 düşüktür ve U2'nin düşen kenarı gelir, MOS transistörleri T6 ve T3 açılır, T5 ve T2 kapatılır, piezoelektrik çalıştıran duvar T6 ve D2'den oluşan döngü aracılığıyla ters yönde boşalır ve harekete geçiren duvar dışa doğru ve kademeli olarak hareket eder Başlangıç durumuna geri yükleyin.
3 Piezoelektrik nozul tahrik gücü testi deneyi
DC dönüşümü prensibine dayalı olarak tasarlanan kesme tipi piezoelektrik nozul tahrik güç kaynağının gerçek performansını doğrulamak için, nozül tahrik gücü deney cihazı üzerinde bir yük testi deneyi gerçekleştirilmiştir. Deneysel cihaz, esas olarak meme sürücü güç kaynağının ana kontrol modülünden, çok kanallı sinyal üretme modülünden, güç amplifikatör modülünden, ayarlanabilir DC güç kaynağından ve osiloskoptan oluşan Şekil 6'da gösterilmektedir.
Şekil 6 Piezoelektrik nozul sürücü güç kaynağı cihazı
3.1 Sürücü güç darbe genliği
Baskı kafası tahrik güç kaynağının çıkış darbe genliğinin etkililiğini test etmek için, darbe frekansı sabitlendiğinde farklı genlik dalga formları ile test deneyleri gerçekleştirilir.Deneydeki darbe frekansı ve genlik giriş değerleri: 15 kHz, ± 20 V ve ± 40 V. , ± 60 V. Testte kullanılan çalıştırma duvarı hacminin değeri yaklaşık 470 pF'dir. Şekil 7, gerçek test dalga biçimini göstermektedir Güç yüklendiğinde ve frekans 15 kHz olduğunda, ± 20 V, ± 40 V ve ± 60 V genlikli darbeler teorik genlik ile iyi uyum içindedir. Ciddi ani değişiklik yok; pozitif darbe genişliği, negatif darbe genişliği ve ayar süresi farklı genliklerle tutarlıdır, ancak yükselen ve düşen kenarlar biraz eğimlidir.Analiz sayesinde, yük altındaki tahrik güç devresinin çıkış direnci ve çalıştırma duvarı Oluşan döngü, yükselen ve düşen kenarların hafifçe eğilmesine neden olur. Bu nedenle, tahrik güç kaynağı 15 kHz'lik bir frekansta 20 ila 60 V aralığındaki yükü tahrik ettiğinde, çıkış darbe genliği ciddi bir distorsiyona sahip değildir ve etkilidir.
(a) Darbe genliği ± 20 V dalga formu
(b) Darbe genliği ± 40 V dalga biçimi
(c) Darbe genliği ± 60 V dalga formu
Şekil 7 Güç testi dalga formu
3.2 Sürücü güç darbe frekansı
Meme tahrik güç kaynağının çıkış darbe frekansının kararlılığını test etmek için, çıkış darbe genliği sabitlendiğinde ve frekans farklı olduğunda gerçek darbe frekansının karşılık gelen periyodunun pozitif darbe genişliğini ve negatif darbe genişliğini test etmek için bir test deneyi gerçekleştirildi. Deneydeki darbe genliği ve frekans giriş değerleri şunlardır:
± 30 V, 3 kHz, 6 kHz, 9 kHz,
12 kHz, 15 kHz. Testte kullanılan çalıştırma duvarı hacminin değeri yaklaşık 470 pF'dir. Deneyde, pozitif darbe genişliği, negatif darbe genişliği ve döngünün ayar süresi uzunluğu ana bilgisayar tarafından belirlenir. Frekans ayarının belirli parametreleri Tablo 2'de gösterilmektedir.
Ölçülen dalga formunun istatistiksel sonuçları ve giriş parametrelerinin hatası Şekil 8'de gösterilmektedir. Şekil 8'de, darbe frekansı 3 kHz'den 15 kHz'e kademeli olarak artarken, döneme karşılık gelen frekansın pozitif darbe genişliği, negatif darbe genişliği, ayar süresi ve giriş parametreleri hatası giderek artmakta, ancak artış küçüktür. Hata değeri 15 kHz'de sadece% 3'tür. Bu nedenle, tahrik güç kaynağı, çıkış darbe genliği ± 30 V ve frekans 3 kHz-15 kHz olduğunda iyi bir frekans kararlılığına sahiptir.
4. Sonuç
Kesme tipi piezoelektrik nozul aktüatörünün yapısal özelliklerine göre 0.11 0.32 m aralığındaki çalıştırma duvarının yer değiştirmesi ile 20 voltage 60 V aralığında yaklaşık olarak tahrik voltajının doğrusal artışı arasındaki ilişki analiz edilir ve çalıştırma duvarının 15 kHz'i çıkarılır. Mürekkep püskürtme kanalının "üç döngülü" sürücü modunun zamanlamasını rezonans temel frekans değeriyle birleştirerek, DC dönüştürme ilkesine dayalı bir anahtarlamalı sürücü güç kaynağı tasarlanır ve uygulanır. Deneysel testlerden sonra, yük 15 kHz'de 20 60 V aralığında sürüldüğünde, çıkış darbe genliği teorik genlik ile iyi bir uyum içindedir; ± 30 V genlikte, frekans 3 kHz 15 kHz aralığındadır. Pozitif darbe genişliği, negatif darbe genişliği, ayar süresi ve ilgili periyodun giriş parametreleri arasındaki maksimum hata% 3'tür ve sürücü güç frekansı sabittir. Bu nedenle, bu yazıda tasarlanan kesme tipi piezoelektrik nozül tahrik gücü oldukça uygundur.
Referanslar
PARK E S. Mürekkep püskürtmeli baskı teknolojisinin mikro-elektro-mekanik sisteme uygulanması. California Üniversitesi, Berkeley.2013.
DALY R, Harrington Tomás S, MARTIN G D, ve diğerleri İlaç endüstrisi için mürekkep püskürtmeli baskı - Araştırma ve imalatın gözden geçirilmesi International Journal of Pharmaceutics. 2015 (494): 554-567.
WIJSHOFF H. Piezo inkjet baskı kafası işleminin dinamiği, Fizik Raporları, 2010, 491 (4): 77-177.
TAKEUCHI Y, TAKEUCHI H, KOMATSU K, ve diğerleri Kesme modlu piezo inkjet kafada sürücü enerji verimliliğinin iyileştirilmesi .. www.konicaminolta.com.
Brünahl J, Grishin A M. Piezoelectric shear mode drop-on-demand inkjet aktüatörleri Sensor and Acturator A Physical, 2002, 101 (3): 371-382.
Xu Lining, Cui Dafu, Fan Zhaoyan. Piezoelektrik seramik tahrik gücünün gelişimi ve yazıcılarda uygulanması. Piezoelektrik ve Acousto-Optik, 2006, 28 (1): 30-32.
Liu Guangya, Xu Guangyu. Piezoelektrik seramik sürücü gücünün tasarımı ve araştırması. Sensör ve Dönüştürücü, 2014, 163 (1): 24-32.
Xu Limei, Zhang Ying, Fan Hui, ve diğerleri. Bir geramik plaka kalınlığı kesme modu piezoelektrik transformatörün teorik analizi. Ultrasonik, Ferroelektrik ve Frekans Kontrolü üzerine IEEE İşlemleri. 2009, 56 (3): 613-621.
Zhang Tieming, Xu Zhilin, Cao Fei, et al.Makroskobik piezoelektrik aktüatörlerin güç kaynağı tasarımı ve deneyi. Piezoelectric and Acousto-Optic, 2015, 37 (1): 167-171.
Lu Linlin, Jia Yudong, Zhang Xiaodong.Piezoelektrik seramik sürücü devresinin RC ağ dengeleme teknolojisi üzerine araştırma.Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2015, 41 (10): 52-54.
KHALATE A A, BONBOIS X, SCORLETTI G, vd.
Xaar Ltd. Multiplexer devresi: UK, US5028812
.1991-07-02.
AET üyeleri için yıl sonu avantajları!
