فائدة نموذج يتعلق كهرضغطية ثلاثي الاتجاه قوة القطع اختبار الجهاز ، الذي هو المعدات الأساسية المستخدمة في الوقت الحقيقي عالية الدقة قياس قوة المكونات في ثلاثة اتجاهات متعامدة ( عادة س ، ص ، ض محاور ، على التوالي مقابل تغذية الاتجاه ، اتجاه عمق القطع الرئيسية اتجاه قوة القطع ) في عملية القطع . مبدأ التنمية على أساس تأثير كهرضغطية ، تصميم هيكل الميكانيكية الاستشعار ، معالجة الإشارات و قوة متعددة الاتجاهات فصل التكنولوجيا .
المبدأ الأساسي : تأثير كهرضغطية الاستشعار الميكانيكية
أساس تأثير كهرضغطية
المواد كهرضغطية ( مثل الكوارتز الكريستال ، PZT PZT ، كهرضغطية السيراميك ، وما إلى ذلك ) يمكن أن تنتج شحنة كهربائية عندما يتعرض الإجهاد الميكانيكي ، وكمية الشحنة الكهربائية تتناسب طرديا مع الإجهاد ( تأثير كهرضغطية إيجابية ) . على العكس من ذلك ، عندما يتم تطبيق حقل كهربائي ، المواد سوف تشوه ( عكس تأثير كهرضغطية ) . قوة القطع اختبار الجهاز يستخدم تأثير كهرضغطية إيجابية لتحويل قوة القطع إلى إشارة كهربائية لقياس قوة القطع .
تباين كهرضغطية بلورات الكوارتز
الكوارتز الكريستال الطبيعي متباين الخواص ، كهرضغطية مصفوفة المعاملات يحدد خصائص استجابة القوات في مختلف اتجاهات القطع . على سبيل المثال :
x-cut نوع : حساس للقوة على طول المحور السيني ، وتستخدم لقياس قوة القطع الرئيسية ( ض الاتجاه ) .
y-cut نوع : حساسة للقوة على طول المحور Y ، وتستخدم لقياس قوة التغذية ( س الاتجاه ) .
ضعف y-cut نوع أو مزيج خاص من قطع نوع : من خلال تراكب مختلف قطع اتجاه البلورات ، لتحقيق قوة متعددة الاتجاهات قياس .
من خلال تصميم معقول اتجاه القطع و الجمع بين نمط الكريستال ، وأجهزة الاستشعار هيكل يمكن أن تستجيب بشكل مستقل إلى ثلاثة اتجاهات القوة .
التكنولوجيا الرئيسية : تصميم هيكل ثلاثي الأبعاد قوة الاستشعار
تصميم أجهزة الاستشعار وفصل
ثلاثة اتجاهات مستقلة وحدة الاستشعار : اعتماد ثلاثة مستقلة كهرضغطية الكوارتز الكريستال مجموعات ، على التوالي ، المقابلة س ، ص ، ض الاتجاه قياس القوة . كل مجموعة كريستال يجب أن تكون معزولة ميكانيكيا تصميم ( مثل المفصلي مرنة ، مرنة هيكل الدعم ) للحد من اقتران بين القوات متباين الخواص تدخل .
pretightening آلية التحميل : تطبيق pretightening القوة على الكريستال كهرضغطية من خلال الربيع أو المسمار ، والقضاء على الفجوة بين الكريستال و القطب ، وتحسين الخطي ومقاومة تأثير القدرة ، وفي الوقت نفسه تجنب الزائد يؤدي إلى تمزق الكريستال .
كتلة الأمثل : إضافة كتلة على سطح الكريستال ، وضبط التردد الطبيعي من أجهزة الاستشعار ، وضمان أعلى من قطع تردد الاهتزاز ( عادة أكثر من 10 كيلو هرتز ) ، وتجنب تشويه القياس الحيوي .
طريقة فصل قوة متعددة الأبعاد
هيكل فصل : من خلال أجهزة الاستشعار تصميم هندسي ( على سبيل المثال ، متعامدة الترتيب ) و تصميم الاستومر ، متباين الخواص القوة يمكن أن تحفز فقط مجموعة من البلورات في الاتجاه المقابل ، والحد من عبر الحساسية .
فصل الرياضيات : استخدام مصفوفة تحويل خطي معايرة الناتج إشارة إلى القضاء على اقتران المتبقية خطأ . على سبيل المثال ، إذا كان س - اتجاه القوة تنتج صغيرة الإخراج إلى ص - اتجاه الكريستال ، نموذج التعويض يمكن أن تنشأ من معايرة البيانات .
معالجة الإشارات ومعايرة التكنولوجيا
تهمة تضخيم إشارة تكييف
يستخدم مكبر للصوت : تحويل إشارة ضعيفة تهمة ( PC ) الناتج من الكريستال كهرضغطية إلى إشارة الجهد ( ام ) و قمع تدخل السعة من الكابلات .
مرشح تمرير منخفض : تصفية عالية التردد الضوضاء ( مثل قطع الاهتزاز التدخل ) والحفاظ على نطاق الترددات الفعالة ( عادة 0-5khz ) .
التعويض درجة الحرارة : خصائص المواد كهرضغطية تتأثر بدرجة كبيرة من درجة الحرارة ، من خلال الأجهزة ( مثل الثرمستور تعويض الدوائر ) أو البرمجيات ( درجة الحرارة حساسية النموذج ) تصحيح الإخراج .
طريقة معايرة قوة متعددة الاتجاهات
ساكنة المعايرة : استخدام معيار الوزن أو الهيدروليكية تحميل الجهاز ، على التوالي ، س ، ص ، ض تطبيق قوة معروفة ، سجل الناتج من أجهزة الاستشعار ، وإنشاء قوة - تهمة العلاقة الخطية .
دينامية المعايرة : التحقق من استجابة التردد سمة من أجهزة الاستشعار ( على سبيل المثال ، السعة والتردد المرحلة التردد سمة مميزة ) من خلال تطبيق موجة جيبية أو كلمة الاهتزاز من المثير .
عبر تدخل المعايرة : تطبيق القوة في اتجاه واحد ، وقياس الناتج من بلورات في اتجاهات أخرى ، وحساب معامل الاقتران وتحسين فصل الخوارزمية .
خطوات تنفيذ الجهاز
اختيار قطع الكريستال كهرضغطية
وفقا لقياس مدى ( على سبيل المثال ، 0-1000n ) والحساسية ( على سبيل المثال ، 10pc / ن ) ، واختيار المواد كهرضغطية المناسبة وقطع الاتجاه .
على سبيل المثال : z-direction قياس القوة مع x-cut كريستال كوارتز ( حساسية حوالي 3.2pc / n ) ، x / y-cut أو مزدوجة y-cut الجمع .
تصميم ومحاكاة هيكل الاستشعار
تحليل العناصر المحدودة ( FEA ) يستخدم لتحسين هيكل مرن لضمان توزيع موحد و متباين الخواص فصل الإجهاد .
على سبيل المثال : تصميم هيكل شعاع الصليب ، z-direction القوة تنتقل إلى x-shaped كريستال من خلال مركز شعاع ، x / y-direction القوة تنتقل إلى y-shaped كريستال من خلال الجانب شعاع .
أجهزة الدوائر المتكاملة
يستخدم مكبر للصوت ، مرشح الدائرة ، شركة تطوير العقبة ( المبدل التشابهي الرقمي ) و المعالج ( مثل الذراع أو FPGA ) لتحقيق متزامن اقتناء وتجهيز القنوات إشارة .
على سبيل المثال : استخدام 24 بت ADC لتحسين القرار FPGA لتحقيق في الوقت الحقيقي فصل الحساب .
تطوير البرمجيات الخوارزمية
معايرة إدارة البيانات ، فصل التعويض ، درجة الحرارة تعديل فلتر رقمي الخوارزميات المتقدمة .
على سبيل المثال : بيانات التصور والتحليل الديناميكي وظيفة تتحقق على أساس لابفيو أو ماتلاب .
اختبار النظام والتحقق
قياس النتائج من أجهزة الاستشعار كهرضغطية ، تداخل الليزر ، وأجهزة الاستشعار قياس الضغط يتم التحقق من دقة ( عادة ± 1 ٪ خ م ) و الاستجابة الديناميكية ( وقت الارتفاع أقل من 1 ميكروثانية ) .
خامساً - التحديات والحلول التقنية
عبر التدخل قمع
التحدي : اتجاه قوة القطع المعقدة في الآلات ، و تباين القوة من السهل أن تتداخل مع بعضها البعض .
الحل : طريقة الجمع بين هيكل فصل ( على سبيل المثال ، ثلاثي الأبعاد مرنة المفصلي ) مع فصل الرياضيات ( على سبيل المثال ، أقل مربع تركيب معايرة المصفوفة ) هو المعتمد .
صدمة المقاومة وحماية الزائد
التحدي : يمكن أن تنتج قوة تأثير لحظية ( مثل حافة الانهيار ) أثناء عملية القطع ، مما يؤدي إلى كسر الكريستال .
الحل : تصميم هيكل الميكانيكية الحد ( مثل المطاط وسادة ) و الالكترونية الزائد حماية الدائرة ( مثل التفريغ السريع الدائرة ) .
التصغير والتكامل
التحدي : أداة آلة الفضاء محدودة ، تحتاج إلى استشعار صغيرة الحجم وخفيفة الوزن .
مخطط : مايكرو كهرضغطية الكريستال مجموعة ملفقة من قبل نظام الكهروميكانيكية الدقيقة ( ممس ) التكنولوجيا ، أو نوعية من المطاط الصناعي هو انخفاض من خلال طوبولوجيا الأمثل .
تطبيق المشهد
أداة آلة نورث كارولاينا قطع قوة الرصد : في الوقت الحقيقي الأمثل المعلمات القطع ( مثل تغذية السرعة ، عمق القطع ) ، وتحسين كفاءة الآلات ونوعية السطح .
ارتداء أداة الكشف : التنبؤ أداة الحياة من خلال ميزة استخراج قوة القطع إشارة ( مثل تحليل الطيف ) .
التصنيع الذكية : مع الجمع بين الإنترنت من الأمور الصناعية ( IIOT ) لتحقيق عملية القطع الرقمية التوأم والرصد عن بعد .
ملخص
تطوير جهاز قياس قوة القطع كهرضغطية ثلاثي الأبعاد يتطلب معرفة شاملة في علم المواد كهرضغطية ، دقة التصميم الميكانيكي ، معالجة الإشارات والبرمجيات الخوارزمية . جوهر هذا الأسلوب هو تحقيق دينامية ، متعددة الاتجاهات ، عالية الدقة قياس قوة القطع من خلال تصميم معقول من الكريستال كهرضغطية الجمع بين هيكل الاستشعار ، جنبا إلى جنب مع دقة عالية معايرة وفصل التكنولوجيا ، وتوفير البيانات الرئيسية لدعم التصنيع الذكي .