Piezoelectric Multilayer Beam Bending Actuators: Static and Dynamic Behavior and Aspects of Sensor Integration

هدف مهم کتاب ارائه شده تبیین کاربرد مواد پیزوالکتریک مانند پیزوسرامیک در حوزه وسیع عملگرهای الکترومکانیکی و فناوری حسگر است. به خواننده باید خواص فیزیکی و مکانیکی پیزوسرامیک ها را به روشی متمایز ارائه کرد. در مرحله بعدی، خواننده با توصیف مکانیکی رفتار استاتیک محرک‌های خمشی تیر چند لایه پیزوالکتریک آشنا می‌شود.

شرح رفتار دینامیکی محرک های خمشی چندلایه پیزوالکتریک بر اساس فرمالیسم لاگرانژ و اصل همیلتون انجام شده است. بینش های به دست آمده برای توسعه سیستماتیک نمایش مدار الکترومکانیکی در محدوده تئوری شبکه برای هر طراحی محرک های خمشی پیزوالکتریک استفاده می شود.

کاربردهای محرک های خمشی چندلایه پیزوالکتریک را می توان با استفاده از حسگرهای جابجایی ویژه که امکان جبران اثراتی مانند پسماند، خزش و رانش را که برای محرک های پیزوالکتریک معمول است، گسترش داد. در محدوده کتاب ارائه شده، دو سیستم حسگر - محرک - متفاوت ارائه شده است که به ترتیب مبتنی بر حسگر جابجایی خازنی یکپارچه و القایی هستند.

شبیه‌سازی‌های تحلیلی رفتار استاتیکی و دینامیکی با نتایج اندازه‌گیری واقعی یک خم‌کننده تیر چندلایه پیزوالکتریک ویژه‌ای مقایسه می‌شود. در اینجا، تناسب جنبه های نظری توسعه یافته به شیوه ای برجسته نشان داده شده است.

An important aim of the presented book is the explanation of the application of piezoelectric materials such as piezoceramics within the wide field of electromechanical actuators and sensor technology. The reader should be presented the physical and mechanical properties of piezoceramics in a distinct way. In a next step, the reader is introduced into the mechanical description of the static behavior of piezoelectric multilayer beam bending actuators.

The description of the dynamic behavior of piezoelectric multilayered bending actuators is effected on the basis of Lagrange‘s formalism and Hamilton‘s principle. The achieved insights are used for the systematic development of the electromechanical circuit representation within the scope of the network theory for any design of piezoelectric bending actuators.

The applications of piezoelectric multilayer beam bending actuators can be extended by means of special displacement sensors allowing for the compensation of effects such as hysteresis, creep and drift being typical for piezoelectric actuators. Within the scope of the presented book, two different sensor-actuator-systems are presented being based on an integrated capacitive and inductive displacement sensor, respectively.

Analytical simulations of the static and dynamic behavior are compared to real measurement results of a specially developed piezoelectric multilayer beam bender. Here, the suitability of the developed theoretical aspects is shown in an outstanding way.