Actuatori Piezoelectrici

I. Introducere

1. Actuatori piezoelectrici (APE)

1.1 Configurații de actuatori piezoelectrici

Actuatorii piezoelectrici sunt actuatori cu elemente active cu deformație limitată, controlată care convertesc energia electrică în energie mecanică și invers prin efectul piezoelectric. Actuatorii piezoelectrici, liniari sau rotativi, cu mișcare continuă sau pas cu pas, pot avea în structură unul sau mai multe elemente active. Acestea pot fi sub formă de bare, lamele, tuburi sau plăci. Deformația lor controlată poate fi utilizată pentru antrenarea elementului mobil al actuatorului. De asemenea, elementul mobil poate fi antrenat prin intermediul unei unde călătoare, mișcarea fiind preluată prin contact sau prin formă. În acest caz, prin suprapunerea mai multor unde staționare generate controlat, în elementul activ ia naștere o undă călătoare ce provoacă o mișcare eliptică a punctelor în contact cu elementul mobil. Deformația elementelor active poate fi perpendiculară sau paralelă cu axa lor de polarizare. Elementele active din structura actuatorilor pot fi dispuse în diverse configurații, după cum ilustrează figura [3.2].

Figura 3.2: Principalele configurații de actuatori piezoelectrici

În actuatorii stivă elementele active pot fi lipite sau încleiate la temperatură ridicată având electrozi metalici depuși pe ambele fețe. Forța dezvoltată ajunge până la 5 kN, la frecvențe de 50 kHz și tensiuni de alimentare între 100 și 300 V. Această variantă tehnologică de stivuire este recomandabilă la aplicațiile la care se cere o rigiditate mare. Dacă sunt necesare deplasări mari în condiții de gabarit redus, stivuirea se realizează alternativ prin depunere termică de straturi subțiri din material piezoelectric și material pentru electrozi, obținându-se așa numiții actuatori multistrat.

Elementul activ într-un actuator bimorf este format din două lamele piezoelectrice lipite între ele și alimentate cu tensiuni egale și de semn contrar. Ca urmare, are loc contracția uneia dintre plăci și extensia celeilalte, întregul ansamblu curbându-se. Deplasarea capătului liber al elementelor bimorfe încastrate la un capăt este proporțională cu tensiunea de alimentare, dimensiunile lamelelor și caracteristicile lor de material. Cursele sunt de ordinul milimetrilor însă forțele sunt relativ scăzute (~0,5 N). Forța poate crește semnificativ dacă se inserează o lamelă metalică între cele două lamele piezoelectrice. De asemenea, un reazăm suplimentar plasat la jumătatea lungimii lamelelor determină dublarea forței la capătul liber.

În figura [3.3] sunt ilustrați actuatori multistrat realizați de NEC TOKIN în anul 1985. Seria AE sunt actuatori multistrat acoperiți cu rășină și fabricați folosind materialul NEPEC. Seria ASB sunt plasați într-o carcasă metalică și seamănă cu niște șuruburi. Carcasa metalică le oferă o rezistență excelentă la variațiile condițiilor demediu (umiditate, etc.), fiind foarte utili în echipamentele industriale.

Figura 3.3: Actuatori multistrat dezvolați de NEC TOKIN

În afară de configurațiile ilustrate în figura [3.2] mai există și așa numitele modele hibrid, care conțin o serie de metode ce sporesc deplasarea actuatorilor piezoelectrici. Aceste modele se pot împărți în cinci grupuri:

– Sisteme pârghie

– Sisteme hidraulice

– Sisteme de transfer de impuls

– Sisteme de integrare

– Sisteme compozite

Sistemele pârghie utilizează pârghii de diferite dimensiuni pentru a mări deplasarea. Forța dezvoltată de un astfel de sistem este mai mare decât forța elementului activ din structura lui. În sistemele hidraulice amplificarea este obținută, de obicei, cu un piston și un ansamblu de țevi. În sistemele de transfer de impuls amplificarea se bazează pe deformarea rapidă a dispozitivului multistrat. În sistemele integrate amplificarea deplasării se obține prin mai mulți pași. În această categorie intră motoarele ultrasonice și cele de tip „inchworm”. Sistemele compozite care combină mai multe modele de bază intră și ele în categoria modelelor hibride. Alte metode de amplificare a deplasării actuatorilor piezoelectrici, în sistemele micromecanice, presupun utilizarea unui sistem de pârghii elastice, obținut prin tehnica LIGA.

1.2 Proiectarea unui meacnism compliant pe o axă

În acest capitol sunt prezentate informații cu privire la punctele cheie utilizate in timpul procesului de proiectare a mecanismului compliant care amplifică intarea limitată provenită de la actuatorul piezoelectric. Avem câteva reguli de bază pentru proiectarea mecanismului ales: modelul trebuie să fie supus la anumite solicitări, raportul de amplificare sa fie derivat si optimizat pentru actuatorul piezoelectric.

Pentru poziționarea precisă a unor mecanisme alternative sunt folosite actuatoare piezoelecrice atât pentru a amplifica deplasări mici la ieșire, dar și pentru poziționarea precisă. În scopul de a decide cea mai bună alternativă, este contruită o diagramă de greutate și fiecare dintre alternativele mecanismului Scott- Russel, topologic fiecare mecanism este optimizat și evaluat în puncte. Mecanismul Scott- Russel are o structură simplă cu caracteristica principală de amplificare a deplasării și de mișcare în linie dreaptă cu schimbarea mișcării de intrare a direcției unghiului drept ca în figura [2.1]. Mecanismul în sine poate fi modelat ca un mecanism cursor și manivelă, iar cursorul fiind poziționat precis pe interfață.

Dezavantajul major al acestui mecanism este faptul că precizia poate fi redusă atunci când cursorul nu este ghidat ca în cazul mecanismului glisant cu manivelă. Cu toate acestea, ghidarea poate fi considerată ca o limitare, deoarece frecarea devine o problemă pentru ai face față.

Figura 2.1: Diagrama Schematică a Mecanismului Scott- Russel

Majoritatea tipurolor de mecanisme sunt tensionalflexibile, iar capetele actuatorului piezoelctric sunt leagate de metal ca în figura [2.2]. Cel mai important avantaj al acestor mecanisme este acela că structura utilizează extensia axială a actuatorului piezo în plus față de extensia liniară. În acest fel raportul amplificării este mult mai ridicat. Pe de altă parte, legarea metalelor la actuatorul piezo este greu să pună în aplicare și proprietatea materialului utilizat, depinde de mediul de utilizare, ciclu, timp, care limitează utilizarea sistemului. În plus, raportul de amplificare depinde de diametrul cavității mecanismului care este foarte greu de modelat și investigat analitic.

Figura 2.2: Diagrama schematică unui actuator servomotor

Mecanismele de tip punte au structuri simple și un design simetric cu o pârghie în fiecare sfert din ea ca în figura [2.3]. Mișcarea actuatorului este amplificată cu ajutorul manetei și se transformă în axă perpendiculară.

Figura 2.3: Diagrama schematică a mecanismului de tip pod

Mecanismele de tip punte sunt simetrice în două axe și în acest fel precizia mecanismului global nu este afectat de tulburări cum ar fi dilatarea termică și alinierea greșită a dispozitivului de acționare. Integrarea acestor mecanisme la sistemele reale sunt mai practice în comparație cu celelalte două sisteme prezentate anterior, deoarece lipirea actuatorului piezo nu este necesară. Pe de altă parte raportul de amplificare este mai mic decât la celelalte două mecanisme, deoarece nu este utilizată axa perpendiculară a actuatorului piezo.

Mecanismul bimorf bazat pe amplificator dublu utilizează atât îndoire și caracteristici tensionalflexibile a materialului pentru a produce deplasarea. Spre deosebire de cele trei tipuri precedente, acest mecansim folosește două elemente de acționare. În figura [2.4], elementele de acționare în acest mecanism pot fi un actuator piezoelectric sau un alt element de acționare liniar comercial. Acest mecanism este destul de bun în ce privește mișcarea de amplificare cu două elemente de acționare montate, dar cu toate acstea sincronizarea celoa două elemente de acționae fără cuplare este o problemă greu de controlat, atunci când sistemul este în funcțiune. În plus, montarea a două elemente de acționare este o altă problemă atunci când proiectarea mecanică este greu de realizat.

Figura 2.4: Diagrama schematică a unui mecanism dublu amplificator bimorf

Un alt mecanism de amplificare a mișcării între alternative este dispozitivul de acționare al mecanismului ”Piramidă”. Similar cu mecanismul de acționare bimorf care are la bază două amplificatoare, sistemul de acționare al mecanismului ”Piramidă” include doi actuatori. La fel ca în figura [2.5], utilizarea a două elemente de acționare ar putea crește raportul de amplificare la o valoare mai mare.

Figura 2.5: Diagrama schematică a mecanismului ”Piramidă”

Ca și în cazul mecanismului bimorf cu dublă amplificare, utilizarea a două elemente de acționare pentru o singură mișcare cauzează probleme la sincronizare. Mai mult decât atât montarea a două elemente de acționare este o altă problemă în cazul în care proiectarea mecanică este greu de realizat. Toate cele cinci variante pentru mecanismele compatibile sunt evaluate (de la 1: cel mai slab până la 5: cel mai bun) în conformitate cu următoarele condiții:

Gama de mișcare: Intervalul pentru capacitatea de mișcare conferă sistemului un ansamblu pentru a alinia la dimensiuni mai largi.

Precizie: Precizia de poziționare precisă este importantă. Sistemul ar trebui să aibă o repetabilitate ridicată și nu ar trebui să fie afectată de perturbații așa cum sunt dilatările.

Costul de fabricație: Ar trebui să fie luate în considerare procesul de fabricație al mecanismului. Structurile complexe cu toleranțe dimensionale fac ca mecanismul să fie produs la mai mult efort și costuri.

Tabelul 2.1 Rezultatele evaluării celor cinci alternative

1.3 Efectul piezoelectric

Proprietatea deosebită a unor materiale feroelectrice este piezoelectricitatea sau efectul piezoelectric. Efectul piezoelectric a fost descoperit în anul 1880 de către frații Pierre și Jacque Curie și pus în evidență prin apariția unei diferențe de potențial electric la capetele unui dielectric sau feroelectric, atunci când asupra lui acționează o forță de compresie mecanică. Diferența de potențial se datorează polarizării electrice a materialului piezoelectric sub acțiunea deformatoarea solicitării mecanice externe. Polarizarea electrică constă în apariția unor sarcini electrice pe suprafața materialelor piezoelectrice supuse acțiunii forțelor de compresie sau de întindere.

Materialele monocristaline sau policristaline supuse acțiunii unei presiuni mecanice generează o tensiune electrică, acesta este efectul piezoelectric direct, iar sub acțiunea unui câmp electric suferă o deformare mecanică (distorsiune mecanică numită electrostricțiune) acesta corespunde efectului piezoelectric indirect din figura [6.1]. Piezoelectricitatea este caracterizată printr-o relație directă între cauză și efect.

Figura 6.1: Efectul piezoelectric: a) direct; b) invers

Pentru structurile cristaline reprezentate bidimensional în planul xOy din figura [6.2.a], lipsa acțiunii mecanice exterioare, pune în evidență polarizarea rezultantă cu valoare nulă ca urmare a structurii simetrice a cristalului.

În cazul în care se acționează din exterior asupra cristalului, are loc deformarea structurii interne a rețelei din figura [6.2], ionii se deplasează, polarizarea internă nu mai este în echilibru și are loc polarizarea cristalului prin efect direct, deci polarizarea rezultantă este diferită de zero.

În figura [6.2] efectul de polarizare este pus în evidență prin momentul dipolar al celulelor unitare, moment încadrat cu linie punctată. Polarizarea P, indusă în materialul cristalin, este direct proporțională cu solicitarea (presiunea) mecanică σ aplicată din exterior conform relației (6.1), care reprezintă expresia efectului piezoelectric direct.

P = d·σ (6.1)

unde: tensiunea mecanică σ se definește ca forța aplicată pe unitatea de suprafață (σ = F/S). Factorul de proporționalitate d dintre polarizarea P și solicitarea mecanică σ a fost denumit piezomodul, a cărui valoare depinde de natura materialului piezoelectric.

Figura 6.2: Polarizarea structurilor cristaline prin deformare mecanică

structură nedeformată b) structură deformată

Fenomenul piezoelectric are și un efect invers prin aceea că asigurarea unei polarizări electrice a materialului cristalin determină la acesta o deformare elastică x. Deformarea x este direct proporțională cu polarizarea P prin intermediul unui coeficient piezoelectric g, conform relației (6.2):

x = g·P (6.2)

În baza relație de legătură (6.3) dintre polarizare și câmpul electric care îl determină, expresia efectului piezoelectric invers este determinată prin relația (6.4):

P ( 1)E 0 =ε (6.3)

(6.4)

Din relația (6.4) rezultă expresia piezomodulului d, care depinde de mărimea coeficientului piezoelectric g ,permitivitatea electrică absolută a vidului și permitivitat eaelectrică a materialului piezoelectric ε (care depinde de permitivitatea electrică relativă amaterialului piezoelectric prin relația: ).

(6.5)

Relațiile (6.1) și (6.4) referitoare la efectul piezoelectric direct și invers exprimate în planul bidimensional pot fi generalizate pentru spațiul tridimensional conform relațiilor (6.6) și (6.7), care evidențiază efectul piezoelectric direct și respectiv efectul piezoelectric invers.

(6.6)

(6.7)

unde: i = 1, 2, 3 corespunzător celor trei polarizări după axele de coordonate;

j = 1, 2, … 6 corespunzător eforturilor normale și tangențiale la suprafețele perpendiculare pe axele de coordonate.

Pot fi definite și ecuațiile pentru determinarea câmpului electric E și tensiunii mecanice σ, pentru cazul în care se cunoaște polarizarea electrică P și deformarea elastică x. De obicei, se consideră E și σ ca variabile independente. Se aplică un câmp electric E și o tensiune mecanică σ și se măsoară polarizarea P și deformarea x.

Materialele piezoelectrice cunoscute și utilizate frecvent sunt de natură monocristalină sau de natură policristalină. Pentru materialele monocristaline din figura [6.3] respectiv figura [6.4] axele sistemului ortogonal sunt denumite:

Ox – axa electrică (trece prin ionii rețelei cristaline);

Oy – axa mecanică;

Oz – axa optică.

Figura 6.3: Material piezoelectric monocristalin supus tăieturii sub formă de lamele

Monocristalele sunt de formă paralelipipedică cu fețele perpendiculare pe cele trei direcții principale. Din acestea se taie mici paralelipipede ca în figura [6.3] cu unghiuri de înclinare diferite față de axele sistemului ortogonal, în funcție de frecvența de oscilație electromecanică la care va lucra dispozitivul piezoceramic. Pe fiecare suprafață a micilor paralelipipede (lamele) obținute prin tăiere, se definesc polarizările Px, Py, Pz , polarizări care apar în urma solicitărilor mecanice (σx, σy, σz și τx, τy, τz ) la care este supus monocristalul din figura [6.4]. O solicitare mecanică oarecare se poate defini întotdeauna ca rezultantă a șase componente de natură mecanică grupate astfel :

– 3 eforturi normale σx, σy, σz , având ca unitate de măsură [N/m];

– 3 eforturi de forfecare τx, τy, τz , având ca unitate de măsură [N/m].

Figura 6.4: Solicitări mecanice principale asupra monocristalelor

Legătura dintre polarizările electrice Px , Py , Pz și eforturile mecanice σ și τ se exprimăpe baza relațiilor generale de polarizare ale monocristalului.

(6.8)

Coeficienții piezoelectrici dij, din cadrul relațiilor (6.8), se determină experimental pentru fiecare cristal în funcție de materialul care se află la baza compoziției sale și se măsoară în [C/N]. Pentru principalele materiale piezoelectrice, valoarea piezomodulului este dată în tabelul 6.1. Matricea coeficienților piezoelectrici dij (piezomoduli) pentru cuarț are forma:

În această matrice se observă următoarele egalități între piezomoduli:

d12 = – d11;

d25 = – d14;

d26 = – 2d11;

Efectul piezoelectric este caracteristic atât materialelor omogene monocristaline cum este cuarțul, cât și materialelor neomogene policristaline denumite materiale ceramice ( titanatul debariu, niobatul de litiu, ceramica PZT, etc.).

Tabelul 6.1 Valori de piezomodul pentru principalele materiale piezoelectrice

1.4 Materiale piezoelectrice

Actuatorii piezoelectrici exercită forțe mecanice ca efect al tensiunii electrice aplicate, prin efect piezoelectric invers. Deformația tipică este de ordinul a 2-3 ‰ însă cercetările actuale sunt direcționate spre obținerea unei deformații de ordinul a 1 %. La aceste materiale, energia transformată pe unitatea de volum este de ordinul a (0,18-120)·103 J/.

Principalele calități ale actuatorilor piezoceramici sunt timpii reduși de reacție și coeficienții ridicați de cuplare piezoelectrică. Ei se împart întrei clase: monocristale, materiale ceramice polarizate și compozite piezoelectrice.

Cuarțul este cel mai răspândit mineral din natură (cca. 16 %) și reprezintă o formă polimorfică a silicei (SiO2), regăsită atât în compoziția chimică a sticlei silicioase (de geam) cât și (împreună cu anumite impurități) în ’’chimismul’’ unei largi varietăți de pietre prețioase: agat, ametist,calcedonie, opal, etc.

Cuarțul este, din punct de vedere istoric, primul material piezoelectric. El se găsește în stare naturală sub formă de monocristale mari. Silicea se topește la 1710 și dacă este răcită foarte încet, se formează monocristale de cuarț β, de înaltă simetrie cristalină, cu structura formată din tetraedre care se reproduc regulat în spațiu. La viteze de cristalizare mai mari de 2,2· cm/s se obține cuarț vitros (amorf). Sub = 573 se obține cuarțul α, cu simetrie cristalină mai redusă, din cauza unei rețele cristaline triple de formă elicoidală.

Monocristalele de cuarțul artificial, obținute prin solidificare dirijată, se utilizează la oscilatoarele electronice. Dacă este tăiat în plăci subțiri, după anumite orientări și cu grosimi foarte exacte, cuarțul capătă o frecvență de rezonanță extrem de precisă, dependentă de dimensiunile plăcii. Sub efectul unui curent alternativ, se obține un oscilator electronic cu frecvență foarteridicată (cca. 20 GHz) și precisă, capabil să furnizeze impulsuri „de ceas” în computere sau ceasuri cu cuarț sau să controleze frecvențele emițătoarelor radio.

Cei mai largi răspândiți actuatori piezoelectrici sunt cei ceramici. Aceștia sunt capabili să genereze forțe mari în timpi foarte reduși, fiindutilizați la: controlul vibrațiilor, capetele imprimantelor matriciale și motoarele piezoelectrice.

Titanat-zirconatul de plumb (PZT), cu formula stoechiometrică (z ≈ 0,52), a fost descoperit în 1954 și deține, la ora actuală, cel mai mare procent din piața mondială de traductori electromecanici. Valoarea de 0,52 este justificată de diagrama pseudobinară PbZr-PbTi, din figura [3.3].

Se observă că, la limita ’’morfotropic’’ dintre faza tetragonală, bogată în Ti și cea romboedrică, bogată în Zr, se produce o creșterea simptotică a coeficientului de cuplare piezoelectrică, care poate atinge valori de până la = 400· [C/N].

Figura 3.3: Ilustrarea creșterii bruște a coeficientului de cuplare piezoelectrică lângă limita morfotropică a sistemului PbZr-PbTi

Efectul piezoelectric direct al PZT poate fi mai corect apreciat dacă se ține cont că o bară din acest material, cu secțiunea transversală de 1 și lungimea de 1 cm, dacă este lovită cu un ciocan obișnuit (o masă de 1 kg dezvoltă o forță de cca. 10 N) generează la capetele ei o diferență de potențial de 1550 V. Fiind vorba despre materiale ceramice, acestea se obțin prin presare izostatică la cald, în urma căreia rezultă o structură ale cărei defecte sunt reprezentate prin pori și microfisuri superficiale.

Considerând forma cea mai generală a defectelor ca fiind plană eliptică, influența geometriei defectelor asupra gradului de concentrare altensiunilor este reprezentată în figura [3.4].

Gradul de concentrare al tensiunilor a fost exprimat sub forma σ/E, în care σ este tensiunea normalizată, determinată pe marginea curbă a defectului (găurii), iar geometria defectelor prin intermediul raportului de formă a/b care reprezintă diametrele elipsei, după cele două axe, 0x și respectiv 0y.

Figura 3.4: Dependența gradului de concentrare al tensiunii (σ/E) de geometria defectelor (a/b) la PZT

La valori foarte mici (a/b→0) sau foarte mari (a/b→∞) ale raportului de formă, geometria defectelor tinde spre o fisură verticală, respectiv orizontală iar gradul de concentrare al tensiunii tinde la 0. Pentru a/b < 1, defectul este o elipsă alungită după axa 0y iar pentru a/b > 1 o elipsă alungită după axa 0x. Se observă că cel mai mare grad de concentrare al tensiunii se obține pentru elipsele alungite după 0x, cu raportul de formă (a/b ≈ 102) și este cu aproximativ un ordin de mărime mai mare decât pentrugăurile circulare.

Piezoelectricitatea PZT există numai până la 386 , atât timp cât celula elementară se menține asimetrică. Peste = 386 rezultă o celulă elementară de înaltă simetrie cristalină, ca în figura [3.5]. Împreună cu alte materiale piezoceramice, PZT se utilizează la aplicațiile care necesită viteză de reacție și precizie foarte ridicată. Prin modificarea compoziției chimice a materialelor ceramice pe bază de PZT, se pot obține îmbunătățiri substanțiale ale proprietăților piezoelectrice. Astfel, prin presarea izostatică la 1200 , a oxizilor de plumb (PbO),de niobiu (), de zirconiu (Zr), de staniu (Sn) și de titan (Ti), seobține titanat stano-zirconatul de niobiu și plumb, , cu 0,05 < y < 0,09, abreviat PNZST.

Acest material ceramic cu memoria formei, care suferă o tranziție antiferoelectric↔feroelectric, este capabil să dezvolte, la 26 , sub efectul unui câmp electric aplicat de 3 kV/mm, o polarizare de cca. 0,4 C/ și o deformație reversibilă de aprox. 0,085 %, ceea ce îl recomandă drept candidat ideal pentru confecționarea actuatorilor de la traductoarele ’’digitale’’de deplasare, tip OFF/ON.

Figura 3.5: Structura cristalină a PZT

a) celula elementară a fazei piezoelectrice , la T < 386 ;

b) celula elementară a fazei de înaltă simetrie cristalină, T >

Un alt material piezoceramic, utilizat ca actuator, se obține din PZT prin ’’dopare’’ acestuia cu lantan. Rezultă titanat-zirconatul de lantan și plumb (PLZT), cu formula stoechiometrică , ’’unextraordinar material electrooptic’’, cu un coeficient de cuplare piezoelectrică () de peste trei ori mai mare decât PZT, în conformitate cu tabelul 6.1. Materialul cu concentrația de mai sus, notat uzual 8/65/35 PLZT are o granulație tipică de 5 μm și prezintă o transformare martensitică de tip romboedric↔tetragonal care favorizează cuplarea electromecanică.Tensiunea de prag, peste care poate apare depolarizarea, este de 5 MPa însă deși materialul are un modul de elasticitate longitudinal de 80 GPa, la solicitarea combinată, compusă din încărcare mecanică și electrică, se obține un comportament neliniar, mai apropiat de materialele electrostrictive decât de cele piezoelectrice.

Materialele piezoceramice sunt utilizate pe scară largă ca actuatori, cele mai frecvente aplicații ale lor, care se regăsesc în domeniile militar, aerospațial, spațial, etc., fiind legate de controlul geometriei și complianței structurilor mari și în special de controlul vibrațiilor. Principalul impediment al materialelor piezoceramice este fragilitatea lor foarte ridicată. Pentru a elimina acest dezavantaj s-au dezvoltat materiale compozite piezoelectrice (piezocompozite).

Conceptul de piezocompozit presupune asocierea într-un singur produs a unor elemente active din material piezoceramic și a unei matrice pasive, din polimer, în scopul fructificării proprietăților benefice ale acestora. În funcție de modul în care sunt aranjate cele două faze, altfel spus de numărul de dimensiuni după care fiecare fază este auto-conectată în piezocompozit, se obțin diverse tipuri de ’’conectivitat’’, ilustrate în figura [3.6].

Figura 3.6: Exemple de conectivități în piezocompozite:

a) conectivitate 1-3 cu bare piezoceramice încastrate într-o matrice contnuă;

b) conectivitate 2-2, la compozitele stratificate;

c) conectivitate 0-3 cu granule piezoceramice în matrice polimerică.

Modul de notare a piezocompozitelor se bazează pe atribuirea primului număr pentru conectivitatea părții active (piezoceramică) și a celui de-al doilea număr pentru conectivitatea părții pasive (matricea polimerică). Astfel, piezocompozitul 1-3, din figura [3.6.a], este obținut prin conectarea barelor piezoceramice de-a lungul unei singure dimensiuni (direcții) în timp ce matricea polimerică este conectată de-a lungul tuturor celor trei direcții. Acest tip de piezocompozite sunt utilizate pentru fabricarea de actuatori și senzori care rezistă undelor de șoc provenite din exploziile submarine, având capacitatea de a-și relua funcțiile după fiecare explozie. Dacă se încorporează fibre piezoceramice subțiri, în proporție de cca. 15-25 %, într−o matrice poliuretanică, se obțin compozite cu amortizare piezoceramică activă, capabile să atenueze nivelul presiunii vibrațiilor cu până la aprox. 70 %. Un piezocompozit 2-2, ca în figura[3.6.b], se obține prin stratificarea plăcilor piezoceramice și a celor polimerice iar unul de tip 0-3, ca în figura [3.6.c], prin înglobarea particulelor piezoceramice în matricea polimerică. Piezocompozitul 0-3, numit și ’’piezocauciuc”, este utilizat în mod curent ca senzor. Pentru a îmbunătăți și mai mult performanțele piezocompozitelor, s-au dezvoltat materiale cu complianță controlabilă. Două astfel de exemplesunt ilustrate în figura [3.7].

Figura 3.7: Exemple de piezocompozite cu complianță:

a) actuator și senzor cu material ceramic:

1 – senzor;

2 – amplificator de feed- back;

3 – actuator multistrat;

b) traductor reglabil:

1 – bolț de tensionare;

2 – placă din alamă ;

3 – strat din cauciuc;

4 – PLZT.

Figura [3.7.a] prezintă un actuator și senzor cu material ceramic, rezultat prin combinarea funcțiilor de actuator și senzor ale PZT. În principiu, piezocompozitul se compune din actuatori și senzori asamblați în pachete , prin intermediul unui strat de cauciuc. Actuatorii și senzorii interacționează reciproc, atât direct, prin intermediul cauciucului care transmite presiunea aplicată cât și indirect, prin intermediul amplificatorului de feed-back. Ansamblul piezocompozit poate prezenta fie o rigiditate foarte ridicată, atunci când trebuie să transmită eforturile, atunci când trebuie să amortizeze vibrațiile. Traductorul reglabil din figura[3.7.b] fructifică elasticitatea neliniară a cauciucului, prin intercalarea plăcuțelor de PZT între 2 starturi subțiri de cauciuc, acoperite cu plăci de alamă. Ansamblul este solidarizat prin bolț. Traductorul este astfel conceput încât își poate dubla frecvența de rezonanță (de la 19 la 37 Hz) prin combinarea acțiunii PZT cu rigidizarea sub presiune a cauciucului. În felul acesta, crește factorul de calitate Q = 1/F, de la 11 la 34, în urma scăderii frecării interne.

Alte traductoare se bazează pe capacitatea fluidelor de a redirecționa undele de presiune aplicate de la exterior, două exemple fiind ilustrate în figura [3.8].

Figura 3.8: Exemple de utilizare a fluidelor pentru transmiterea deformațiilor între actuatorii piezoceramici și elementele active:

a) traductor flexiotensional utilizat ca hidrofon piezoelectric:

1 – disc din PZT;

2 – electrozi metalici cavi;

b) actuator hidraulic cu deplasare mare:

1 – inel din PZT;

2 – suspensie elastică de etanșare;

3 – capac;

4 – garnitură;

5 – piston.

Traductorul flexiotensional din figura [3.8.a], utilizat ca hidrofon piezoelectric include doi electrozi metalici cavi care conțin două pungi cu aer, localizate pe suprafața de contact cu discul din PZT. Atunci când sunt supuși la tensiunea hidrostatică (reprezentată prin săgeata goală) produsă de undele sonore care se deplasează prin lichidul înconjurător, electrozii transformă o parte din componenta axială a efortului unitar în componente radiale (marcate prin săgețile pline) și tangențiale apreciabile. Ca urmare a acestei îmbunătățiri, produsul dintre coeficientul piezoelectric și coeficientul de tensiune devine de cca. 250 ori mai mare decât la PZT. Același principiu s-a aplicat și în cazul actuatorului RAINBOW, cu profil tip calotă sferică. Datorită densității sale reduse și a design-ului extraplat, actuatorul RAINBOW este utilizat ca difuzor în interiorul aeronavelor.

Actuatorul hidraulic cu deplasare mare, din figura [3.8.b], conține un inel din PZT, umplut cu fluid, pe ale cărei suprafețe interioară și exterioară sunt aplicați electrozi. La aplicarea tensiunii electrice, prin intermediul electrozilor, cilindrul din PZT se contractă, prin efect piezoelectric invers, comprimând fluidul care deplasează pistonul pe direcție axială marcată prin săgeată. Dimensiunile cilindrului din PZT sunt h= 3,18 mm și l = 38,1 mm, raza inferioară fiind de 22,22 mm. În aceste condiții, deplasarea pistonului poate atinge cca. 0,8 mm, la o tensiune electrică aplicată de 3 [kV]. Alte metode de amplificare a deplasării actuatorilor piezoelectrici, în sistemele micromecanice, presupun utilizarea unui sistem de pârghii elastice, obținut prin tehnica LIGA (lithographie galvano formung abformung, ger. = galvanoformare litografică), care are un raport de multiplicare de 5,48:1.

1.5 Timbre tensiometrice

Principiul de funcționare al timbrelor tensomerice este simplu: un fir electric lipit pe o suprafața, care suferă aceleași deformații ca aceasta. Atunci cand se dorește determinarea alungirii unui punct pe o suprafață, pe o anume direcție, timbrul se va lipi cu firele paralele la această direcție. Sub forma cea mai simplă, primele timbre tensometrice erau constituite dintr- un fir foarte fin, lipit pe o foaie suport, așa cum se arată în figura [5.1].

Figura 5.1: Timbru tensiometruic clasic

Tipurile recente au înlocuit firul electric printr- un fir de siliciu impregnat pe suprafața suport, care permit realizarea buclelor lărgite, așa cum se arată în figura [5.2]. Utilitatea acestor bucle lărgite va fi explicată în continuarea acestui capitol.

Figura 5.2: Timbru tensiometric modern

Este util de precizat că, denumirea de ’’timbru tensometric’’ este într-o oarecare măsură improprie deoarece tensiunile nu pot fi măsurate în mod direct. Timbrul tensometric măsoară doar deformațiile specifice, care vor fi ulterior transformate în tensiuni.

Unitatea de măsură cea mai utilizată pentru deformații în extensometrie este μs (micro- strain). Acest simbol a fost adoptat pentru a defini alungirile sau scurtările relative de 10-6 cm/cm. Nu este propriu-zis o unitate, deoarece deformațiile specifice sunt mărimi adimensionale. Vom spune deci 100μs pentru o deformație ε =100 x 10-6.

Considerand timbrul tensometric ca un fir unic de lungime L solicitat la tracțiune, rezistența acestuia va fi:

unde: ρ – reszistivitatea firului

L – lungimea firului

S – secțiunea firului

Variația relativă a rezistenței se poate scrie sub forma:

Dacă ε este alungirea relativă, diametrul firului va suferi o diminuare relativă ευ, astfel încat secțiunea devine:

Variația relativă a secțiunii se scrie:

Expresia pentru variația rezistenței devine:

Daca rezistivitatea este constantă, pentru υ=0,3 relația devine:

De fapt, rezistivitatea nu este constantă, dar într-o primă aproximare se poate considera că este proportională cu variația lungimii firului. Se poate scrie:

Pentru ca un metal sa fie adecvat pentru construirea unui timbru tensometric, trebuie ca factorul K sa fie într- adevăr o constantă. Această constantă se numește factor de calibrare a timbrului.

Cunoscând acest factor, se obserăa că se poate măsura alungirea relativă cunoscând variația rezistenței unui timbru. Factorul de calibrare depinde de natura materialului. Un timbru este cu atât mai sensibil cu cât factorul K este mai ridicat. Timbrele curente posedă un factor K in jur de 2, dar există timbre speciale a căror factor de calibrare ajunge pana la 200. Nu toate metalele prezintă toate calitățile necesare pentru a fi utilizate în fabricarea timbrelor.

Semnalul de ieșire a timbrului tensometric trebuie să fie, pe cât posibil, o funcție liniară de deformare, altfel spus factorul de calibrare K sa fie independent de deformație. Unele metale sunt din acest punct de vedere total improprii, așa cum se arată in figura [5.3]. Constantanul este însă un material excelent pentru a fi folosit la fabricarea firului pentru timbre tensometrice

Figura 5.3: Variația rezistenței relative a unui fir în funcție de alungire pentru diverse materiale

Relațiile prezentate anterior neglijează faptul că timbrul, lipit pe o direcție X pentru amăsura deformația εx prezintă o sensibilitate la dilatare εy care există în direcție transversală. Aceasta se datorează buclelor din alcătuirea timbrului, dar și simplificării realizate asupra termenului ρΔ/ρ.

Relația fundamentala a timbrelor poate fi scrisa general:

ΔR / R = K εx + K’ εy

Studiul teoretic al factorilor K si K’ este destul de complex si fabricanții de timbre au încercat să rezolve problema constructiv, astfel încât K’ sa devină neglijabil si K constant.

Realizarea buclelor lărgite pentru timbrele moderne de tip circuit imprimat ca în figura [5.2], contribuie la reducerea substanțială a efectului transversal. Aceste bucle, cu rezistența electrică nesemnificatvă, au un efect imperceptibil în semnalul de ieșire al timbrelor.

Un timbru obișnuit permite măsurarea deformației într- o singură direcție și deducerea efortului unitar într- o stare uniaxială de tensiune ca în figura [5.4].

Figura 5.4: Timbru pentru măsurarea deformației pe o singură direcție

Când se dorește determinarea unei stări de tensiune biaxiala, și se cunoaște direcția tensiunilor principale, se folosesc timbre cu circuite la 90, ale căror axe coincid cu direcțiile principale ca în figura [5.5].

Figura 5.5: Timbre pentru măsurarea deformației pe două direcții perpendiculare

Atunci când nu este cunoscută direcția tensiunilor principale, se folosesc timbre cu trei circuite ca în figura [5.6].

Figura 5.6: Timbre pentru măsurarea deformației pe trei direcții

1.6 Relații de calcul

Această subsecțiune descrie pe scurt cinematica mecanismului tensional flexibil care va fi utilizat pentru baza mecansimului nostru propus. În figura [1.a], este prezentată partea pricipală a mecanismului romb în formă de hexagon unde partea internă prezentată în gri se dilată.

Deplasarea pe verticală a mecanismului este amplificată dacă unghiul dintre grinzile oblice și linia orizontală este mai mic de 45 de grade. Figura [1.b] ilustrează modul în care placa este amplificată prin acest mecansim. Înălțimea, lățimea și solicitarea unității interne sunt notate cu h1, w1 respectiv .

De asemenea notația d1 reprezintă diferența inițială dintre suprafața unității interne și vârful mecanismului. În această secțiune se presupune că toate articulațiile sunt pur rotație și toate grinzile sunt complet rigide.

Acționarea mecanismului flexibil (b) Amplificarea solicitării efective

Figura 1: Principiul amplificării tensional flexibil a mecanismului

Deplasarea este dată de formula:

Apoi amplificarea a1 a deplasării este dată de:

unde:

Pentru poate fi aproximată formula unde Ɵ este unghiul oblic dintre grindă și linia orizntală așa ca în figură. Acest câștig de amplificare instantanee nu se aplică în mare parte solicitării din cauza neliniarității. O valaorea mai mică pentru unghiul Ɵ dintre grinzile oblice oferă o amplificare mai mare.

Cu toate acestea unghiul Ɵ trebuie determinat cu atenție pentru a evita un flambaj al fasciculelor din cauza forțelor externe. În secțiunea următoare flambajul grinzii nu poate fi neglijat în proiectarea mecanică unde momentul de lucru alternează direcția de la strat la strat în propunerea structurii arborescente.

De obicei această amplificare poate crește deplasrea de maxim 3~5 ori. Lungimea inițială a măsurilor macanismului de romburi de-a lungul axei de ieșire. Deoarece deplasarea creată în această direcție de ieșire este , a solicitării efective de-a lungul axei de ieșire poate fi determinată cu ajutorul relației:

Dimensiunea laterală, perpendiculară pe direcția de ieșire nu este inclusă în definiția solicitării efective. Comparând cu solicitarea de intrare producerea amplificării este dată de formula:

unde: este raportul dintre lățimea și înălțimea rombului, adică raportul de aspect al meacnismului.

Atât amplificarea de deplasare cât și raportul de aspect al mecanismului contribuie la amplificarea rezultată solicitării Strict vorbind raportul de aspect nu este o solicitare amplificată. Cu toate acestea solicitarea efectivă amplificată este definită ca fiind raportul dintre deplasarea lungimii corpului la ieșire în aceeași direcție, iar direcția solicitării de intrare și cea a deplasării de ieșire sunt perpendiculare între ele, efectiv amplifică raportul de aspect.

II. Soluții constructive

Recent, Ueda și colaboratorii au dezvoltat un concept de actuator ’’celular” care poate fi folosit ca mușchi artificial în dezvoltarea de roboți biomimetici. Actuatorul înglobează o metodă nouă de amplificare a deformației, folosind un mecanism multistrat în serie în formă de romb figura [3.6.a], care permite o creștere exponențială a deformației prin structura celular- ierarhică. Prototipul a arătat o deformație de 21% și o forță de 1,7 N ca în figura [3.6.b].

Figura 3.6: (a) structura rombică în serie propusă pentru amplificarea deformației

(b) deformația prototipului atunci când toți actuatorii din cele șase straturi sunt activați

În prezent, aplicațiile actuatorilor piezoelectrici se plasează între tendința de miniaturizare a acestora impusă de aplicații în domeniile microroboticii și bioingineriei medicale pe de o parte, iar pe de altă parte tendința de creștere a dimensiunilor în acord cu cerințele aplicațiilor din domeniul aerospațial. Una din aplicațiile cele mai reprezentative ale actuatorilor piezoelectrici sunt sistemele de poziționare cu precizie ridicată, cu aplicație în astronomie, sisteme de testare a semiconductorilor, inginerie medicală, biotehnologie, telecomunicații sau imagistică. Actuatorii piezoelectrici multistrat au fost utilizați pentru prima dată în industrie pentru control ultraprecis a debitului de masă în sisteme de fabricare a semiconductorilor figura [3.8]. Folosirea actuatorilor piezoelectrici pentru acționarea diafragmei a făcut posibil un control mult mai precis și mai rapid al debitului decât cu valvele electromagnetice tradiționale.

Figura 3.8: Schița regulatorului de flux de masă

La sfârșitul anilor 1990, actuatorii piezoelectrici au fost introduși și în domeniul optic. Figura [3.11.a] ilustrează un sistem de aliniere a axei optice într-o fibră optică. Sistemul de aliniere constă dintr-un actuator piezoelectric cu o gaură în mijloc și aliniază axa optică a fibrei optice introdusă la fiecare capăt. Rezoluțiile de deplasare sunt de ordinul nanometrilor. O altă aplicație este microîntrerupătorul optic din figura [3.11.b].

Sistemul este compus dintr-o microoglindă în formă de Y, cele două suprafețe pe care se realizează reflexia fiind înclinate la 45 față de orizontală, raza incidentă fiind reflectată pe aceeași direcție. La aplicarea unei deplasări în plan orizontal proporțională cu tensiunea aplicată actuatorului, raza incidentă va cădea în mod analog pe partea stângă a oglinzii însă nu va mai fi reflectată pe același drum ca înainte datorită rotirii întregii structuri în jurul pivotului.

Figura 3.11: (a) mecanism de aliniere a axei fibrei optice (b) microîntrerupător optic

III.

1. Actuatorul piezoelectric (PZS001)

1.1 Introducere

Elemente de acționare piezoelectrică transformă energia electrică în deplasări mecanice controlate cu precizie. Elementele de acționare PZS001 figura [1.1] încorporează complet timbrele tensometrice de actuator, care pot fi utilizate pentru a monitoriza această deplasare. Acest actuator pentru măsurarea tensiunii și un timp de răspuns rapid ideal pentru utilizarea în aplicații, necesită poziționare precisă. Acestea sunt concepute pentru a fi încorporate în produse OEM, pentru a forma o buclă închisă ermetic de mare viteză controlată de un dispozitiv de acționare.

Figura 1.1: Actuatorul piezoelectric (PZS001)

Structura este o măsură de deformare a unui corp datorită unei forțe aplicate și este definită ca schimbarea fracțională în lungime, așa cum se arată în figura [2.1] de mai jos.

Figura 2.1: Definiția Structurii

Structura poate fi de întindere ( pozitiv ) sau compresiune ( negativ ) și pot fi exprimate în unități de măsură cum ar fi (mm). Cu toate acestea , amploarea structurii măsurată este foarte mică, iar în practică structura este de obicei exprimată in microstructuri (), care este .

1.2 Dispozitivului de acționare piezoelectric de cuplare pentru mecanica externă

Cu toate că există mai multe metode de măsurare a strucuturii cea mai des întâlnită metodă este de a utiliza un traductor tensometric, un dispozitiv a cărui rezistență electrică variază proporțional cu cantitatea de deformarea în dispozitiv.

Timbrele tensometrice metalice constă dintr- un fir metalic sau folie foarte fină, aranjate într -un model de grilă, care maximizează cantitatea de material supus structurii ca în figura [3.1]. Această grilă este apoi legată la purtător, un suport subțire care este atașat direct la obiectul măsurat. De aceea, orice structură experimentată de obiect este transferat direct la timbrele tensometrice, care se extind sau contractă, provocând o schimbare proporțională a rezistenței electrice.

Figura 3.1: Legătura metalică a timbrelor tensometrice

Sensibilitatea unui aparat pentru măsurarea tensiunii se exprimă prin factorul timbrelor tensiometrice ( GF ) și este definit ca raportul de schimbare între variația rezistenței electrice și schimbarea variației lungimii:

1.3 Specificațiile

Tensiune de acționare: 150V

Deplasarea: 17,4μm ±2μm

Rezistența punte: 350 ohm

Capacitanță piezo: 1,4μF

Frecvența de rezonanță: 69 kHz

Factorul de amplificare: 2

1.4 Dimensiuni

1.5 Legăturile electrice

În practică, măsurătorile de deformare implică cantități foarte mici, adică o microstructură reprezintă . Prin urmare, pentru a măsura tensiunea necesită măsurarea precisă a modificărilor foarte mici ale rezistenței. De exemplu, să presupunem că un obiect suferă o încordare de 500 (. Un aparat pentru măsurarea tensiunii timbrelor tensometrice va prezenta o modificare a rezistenței electrice a numai

Pentru a măsura aceste mici modificări de rezistență, timbrele tensometrice sunt utilizate , în general, într-o configurare cu o sursă de tensiune de excitație. Podul Wheatstone reprezentat în figura [4.1], este format din patru brațe rezistive cu o tensiune de excitație, , care este aplicată pe întreg circuitul.

Figura 4.1: Podul Wheatstone

Tensiunea de ieșire a circuitului, , va fi egală cu:

Din ecuația de mai sus , este evident că atunci când / = / , tensiunea de ieșire va fi zero , iar circuitul este se află în echilibru. Orice modificare a rezistenței pe ramură circuitul va avea ca rezultat o modificare a acestei tensiuni de ieșire zero.

Prin urmare, dacă înlocuim și din figura [4.1] cu timbre tensiometrice active, orice modificare a rezistenței tensometrice va crea un dezechilibru circuitului și produce o tensiune de ieșire.

Această modificare a rezistenței poate fi exprimată prin următoarea formulă:

unde:

– variația indusă de structură în rezistență

– rezistența nominală a timbrelor tensometrice

– factorul timbrelor tensometrice

– alungire realtivă (

Presupunând că, = și = = , ecuația de mai sus poate fi rescrisă pentru a exprima / în funcție de structura ca în figura[5.1].

În mod ideal, rezistența timbrelor tensometrice ar trebui să se schimbe numai la aplicarea solicitării de încordare.Cu toate acestea, materialul pentru măsurarea tensiunii răspunde la fluctuații de temperatură.

Prin utilizarea unui aranjament punte, efectul temperaturii poate fi minimizat. De exemplu, figura [5.1] ilustrează o configurație a structurii în cazul în care o singură timbră tensometrică este activă (). Structura are un efect redus asupra gabaritul piesei, dar cu toate acestea, schimbările de temperatură vor afecta ambele măsurători în mod egal. Doarece, schimbările de temperatură din cele două măsurători sunt identice, raportul dintre rezistențele lor nu se schimbă. Prin urmare, tensiunea nu se schimbă și efectele modificării temperaturii sunt reduse la minimum.

Figura 5.1: Folosirea timbrelor tensometrice pentru a elimina efectele de temperatură

Ecuațiile date aici pentru circuitele de punte au o structură inițial echilibrată, adică generează ieșire zero, atunci când se aplică fără niciun efort. În practică, toleranțele de rezistență și structura induse prin aplicarea gabaritului va genera o anumită tensiune inițială de zero. Această tensiune inițială de zero poate fi structurată în două moduri. În primul rând, circuitul de reglare poate fi utilizat pentru a regla rezistența în structură până aceasta este echilibrată. Alternativ, ieșirea inițială a circuitului poate fi măsurată și comparată în soft.

De asemenea, ecuațiile presupun că rezistența firului de plumb este neglijabilă. Acest lucru este permis atunci când se explică teoria măsurării timbrelor tensometrice, dar ar putea fi o sursă de eroare în cazul în care sunt ignorate în practică. Această eroare poate fi compensată în cazul în care de rezistență de plumb este măsurată și contabilizate în calculele de solicitare. Cu toate acestea, probleme pot apărea de asemenea, din modificări ale rezistenței de plumb din cauza fluctuațiilor de temperatură în lungimi de plumb dezechilibrat.

O conexiune echilibrată cu două fire de măsurare a impedanței scăzute poate ajuta la eliminarea efectelor rezistenței firului de plumb variabil, deoarece rezistențele de plumb afectează structura în mod egal. Prin urmare, orice modificări ale rezistenței datorate temperaturii se anulează reciproc. Această abordare cu două fire ajută la îmbunătățirea modului comun, respingerea zgomotului captat de conexiunile de sârmă din structură.

1.6 Condiționarea semnalului pentru timbrele tensometrice

După cum s-a menționat anterior , măsurarea timbrelor tensometrice implică detectare schimbărilor în rezistență. Prin urmare , utilizarea corespunzătoare a unei structuri și componentele de selecție sunt: condiționarea semnalului, cabluri și achiziție de date necesare pentru măsurători fiabile. Pentru a asigura măsurători precise de deformare , este important să se ia în considerare următorii parametrii:

Excitație

Detectare la distanță

Amplificare

Filtrare

Echilibrare

Calibrarea

Excitație – În mod tipic, semnalul timbrelor tensometrice furnizează o sursă de curent alternativ sau curent continuu de tensiune constantă la putere a podului. Deși nu există nicio industrie la nivel de tensiune standard recunoscut, un nivel de tensiune de excitație între 2V și 10V este comună. Cu toate că o tensiune de excitație mai mare generează o tensiune de ieșire proporțional mai mare, tensiunea mai mare poate provoca, de asemenea, erori mai mari, din cauza auto-încălzirii.

Detectare la distanță – Circuitul timbrelor tensometrice trebuie să fie amplasate cât mai aproape posibil de circuitul de semnal și sursa de excitație. În caz contrar, căderea de tensiune este datorată rezistenței variabile în firele de legătură, iar tensiunea de excitație a structurii este o posibilă sursă de eroare.

Amplificare – Ieșirea de pe timbrele tensometrice și a structurilor este relativ mică. De obicei, cele mai multe timbre tensometrice și traductoare bazate pe structura de ieșire mai mică de 10 mV al tensiunii de excitație. Cu excitație 10V, semnalul de ieșire va fi de ordinul a 100 mV. Prin urmare, semnalul timbrelor tensometrice includ de obicei amplificatoare pentru a stimula nivelul de semnal pentru a crește rezoluția de măsurare și de a îmbunătăți raportul semnalului de zgomot.

Filtrare – Timbrele tensometrice sunt adesea situate în medii zgomotoase electric, dar
este esențial să se elimine orice zgomot care ar putea ajunge la timbrele tensometrice. Filtrele pot fi folosite în combinație cu timbrele tensometrice pentru a elimina zgomotul de înaltă frecvență predominante în cele mai multe medii de lucru.

Echilibrare – Atunci când este construită o structură, este puțin probabil să fie echilbrată, 0V atunci când nu se aplică nicio tensiune. Variații ușoare există între brațele punte și rezistența la plumb care poate genera o tensiune de echilibrare. Poate fi realizată fie hardware sau software.

Calibrarea – Calibrarea implică aplicarea unei solicitări cunoscute în structură sau simulând modificarea rezistenței unui braț în structură. Simularea poate fi realizată prin conectarea unui rezistor peste un braț al structurii, creând un cunoscut
Ieșirea podului poate fi măsurată și comparată cu valoarea tensiunii de alimentare. Rezultatele sunt folosite pentru a corecta erorile pe întreaga cale de măsurare, sau pur și simplu pentru a verifica funcționarea generală a configurării.

2. Senzorul laser (OMRON)

1.1 Introducere