Opetuskalvot aiheesta pietsokontrollerit

Transkriptio

1 TEKNILLINEN KORKEAKOULU Sähkö- ja tietoliikennetekniikan osasto MIKES TKK Mittaustekniikka Opetuskalvot aiheesta pietsokontrollerit Maija Ojanen, 57898F Mittaustekniikan erikoistyö kurssiin S-108.J Jatko-opintojen opinnäyte Opintopisteet (ECTS): Arvosana (1 5): Ohjaajan allekirjoitus: Dos. Petri Kärhä

2 Pietsoelementtien sovelluksia S Elektroniset mittaukset Luento Maija Ojanen Taustaa Pietsosähköisen ilmiön havaitsivat Jacques ja Pierre Curie 1880 Mekaaninen voima aiheuttaa varauksen kiteessä Käänteinen ilmiö (dimensioiden muuttuminen sähkövarauksen vaikutuksesta) 1881 Ensimmäinen sovellus 1917: sukellusvenetutka

3 Pietsosähköinen ilmiö Polarisoituneet kidemolekyylit satunnaisesti suuntautuneet Materiaalin nettopolarisaatio ~ 0 Sähkökentän vaikutuksesta kidemolekyylit suuntautuvat kentän suuntaisiksi Kiteen yli muodostuu jännite Materiaalit: kiderakenteet, polarisoitu pietsosähköinen keraami Taustaa Pietsosähköisen ilmiön havaitsivat Jacques ja Pierre Curie 1880 Mekaaninen voima aiheuttaa varauksen kiteessä Käänteinen ilmiö (dimensioiden muuttuminen sähkövarauksen vaikutuksesta) 1881 Ensimmäinen sovellus 1917: sukellusvenetutka

4 Liiketyypit Lineaarinen liike Taipuva liike Tasoaktuaattori Yleisin malli

5 Rengasaktuaattori Erilaisia aktuaattoreita Koko mm-luokkaa, tyypistä riippuen Rengasaktuaattori Tasoaktuaattori

6 Parametreja Liikealue Taajuusalue, liikkeen nopeus Puristuskesto Liikealueet (Noliac-pietsoelementit) Pienet liikealueet: 0-3 µm Keskisuuret liikealueet: µm Taipuvat ja rengasaktuaattorit µm Taipuvat aktuaattorit Suuret liikealueet: µm Taipuvat aktuaattorit

7 Taajuusalueet (Noliac) Alhaiset: 0,1-1 khz Keskisuuret: 1-10 khz lineaariliikkeiset ja rengasaktuaattorit khz lineaariliikkeiset aktuaattorit Suuret: 0,5-10 MHz lineaariliikkeiset aktuaattorit Puristuskestot (Noliac) Alhaiset:0-10 N Keskisuuret: 0-100N Lineaariliikkeiset- ja rengasaktuaattorit N Lineaariliikkeiset aktuaattorit Suuret: N Lineaariliikkeiset aktuaattorit

8 Liikealueen laajennus Yksinkertainen pietsoelementti Monikerroksinen pietsoelementt Pietsovahvistin Pienikin pietsokiteen kokoonpuristuminen aiheuttaa merkittävän jännitteen Vahvistimen on siis ylläpidettävä korkea jännite, mikäli käytetään hyväksi käänteistä ilmiötä Korkea jännite voidaan tuottaa esim. korkeajänniteoperaatiovahvistimilla tai DC- DC muuntajilla

9 Pietsovahvistin - kytkentäesimerkki piets o Pietsoajuri - kytkentäesimerkki pietso

10 Tyypillisiä sovelluskohteita Tulostimet Mustesyötön ohjaus Ultraäänilaitteet Sähköisen pulssin muuntaminen akustiseksi ja päinvastoin Optiikka, tietoliikenne Optiset kytkimet, laserin stabilointi Tulostin Värähtelevä pietsoelementti puristaa musteen suuttimen lävitse Eri suuruiset varaukset aiheuttavat eri suuruisia mustepisaroita Musteen määrää voidaan kontrolloida hyvin tarkasti

11 Tulostin Lämpötilaa ei tarvitse kasvattaa (vrt.lämpötyyppinen tulostin), jolloin musteen ominaisuuksia voidaan muuten varioida enemmän Tulostuspäitä ei tarvitse vaihtaa joka kerralla mustetta lisättäessä Ilmakuplat mustesäiliössä voivat tukkia suuttimen ja vahingoittaa tulostuspäätä Pietsosähköinen tulostuspää m

12 Esimerkkejä mustesuihkun toteutuksesta Taipuvamallinen mustesuihku Työntömallinen mustesuihku Esimerkkejä mustesuihkun toteutuksesta Saksimallinen mustesuihku

13 Tulostinpään kytkentä Matalatehoinen, neliosainen tulostinpään kytkentä

14 Demo mustesuihkun toiminnasta i_3.htm Ultraäänimuunnin

15 Optinen kytkin Optisessa kuidussa kulkeva signaali kytketään selektiivisesti piiristä toiseen Yksinkertainen kallistuva peili Yksi pietsoaktuaattori ja kallistuspiste Yksinkertainen, halpa

16 Differentiaalinen kallistuva peili Kaksi työntö/veto mallista aktuaattoria Aktuaattorit siltakytketty Angulaarisesti stabiili Kallistuva peili

17 Optinen kytkin Linkkejä orials/inkjet.cfm design/pages/samp_lckts.asp (piirejä)