Nowoczesna technologia wykorzystuje coraz bardziej zaawansowane rozwiązania, także w dziedzinie pomiarów, kontrolowania jakości produkcji czy stanu technicznego urządzeń. W świecie mechanizmów precyzyjnych kluczową rolę odgrywają czujniki piezoelektryczne, które wykorzystują zjawisko piezoelektryczne do przetwarzania zmian kształtu i sił działających na nie na napięcie elektryczne. Dowiedz się więcej o tajnikach ich działania oraz zastosowaniach w analizie modalnej precyzyjnych mechanizmów!
Czym są czujniki piezoelektryczne i jak działają?
Czujniki piezoelektryczne są specjalistycznymi urządzeniami pomiarowymi, których budowa opiera się na zastosowaniu piezoelektryków – specjalnych kryształków, które umożliwiają konwersję zmian kształtu lub sił działających na nie na napięcie elektryczne. Wykorzystują one zjawisko piezoelektryczne polegające na powstawaniu napięcia elektrycznego pod wpływem nacisku mechanicznego. Sercem takiego czujnika jest płaski kryształ kwarcu lub innego materiału o właściwościach piezoelektrycznych, umieszczony pomiędzy dwiema metalowymi okładzinami. Jedna z nich zwykle wykonana jest z mosiądzu, chroniąc delikatny piezoelektryk oraz przekazując drgania na powierzchnię kryształu, a druga – metaliczna powłoka, napylona na powierzchnię piezoelektryka – przekazuje napięcie elektryczne.
Do czego stosuje się czujniki piezoelektryczne w analizie modalnej mechanizmów precyzyjnych?
Czujniki piezoelektryczne odgrywają kluczową rolę w procesie analizy modalnej, dzięki swoim wyjątkowym właściwościom przetwarzania sił mechanicznych na sygnały elektryczne. Dzięki temu inżynierowie mają dostęp do precyzyjnych danych dotyczących drgań i wibracji występujących w badanych strukturach. Są one wykorzystywane w różnorodnych dziedzinach nauki i technologii, a jednym z ważniejszych zastosowań tych czujników jest właśnie badanie wibracji oraz ich wpływu na konstrukcje mechaniczne.
Podczas analizy modalnej, czujniki piezoelektryczne są montowane na badanym obiekcie w sposób umożliwiający monitorowanie drgań względem trzech osi (X, Y, Z). Przykładem takiego rozwiązania może być użycie akcelerometrów piezoelektrycznych, które rejestrują przyspieszenia występujące podczas drgań struktury.
Ważnym aspektem analizy modalnej jest umiejętność porównywania wyników pomiarów z teoretycznymi modelami zachowań. Wykorzystując czujniki piezoelektryczne, inżynierowie mają możliwość oceny rzeczywistych charakterystyk dynamicznych obiektu, takich jak częstotliwości drgań własnych czy tłumienia, oraz porównanie ich z wynikami uzyskanymi na etapie projektowania. Tym samym, można ocenić skuteczność zastosowanych rozwiązań konstrukcyjnych oraz wprowadzić ewentualne poprawki.
W obszarze analizy modalnej precyzyjnych mechanizmów czujniki piezoelektryczne odgrywają więc niezwykle istotną rolę. Dzięki nim możliwe jest m.in. efektywne kontrolowanie stanu technicznego różnych urządzeń, linii produkcyjnych czy pojazdów oraz nadzorowanie jakości produkcji. Wykorzystując je, można uzyskać bardzo dokładne dane pomiarowe. Charakteryzują się bowiem lekką konstrukcją wykonaną z wytrzymałych materiałów, takich jak np. tytan, co gwarantuje wysoką odporność oraz eliminację wszelkich czynników mogących zaburzyć wyniki testów.
Dane z czujników mogą być zbierane np. za pomocą systemu pomiarowego Simcenter SCADAS, a następnie analizowane prze pomocy oprogramowania Simcenter Testlab.