专利名称：用于控制压电激励器的弯曲振动的方法
技术领域：
本发明涉及用于控制安装好的压电激励器中的弯曲振动和/或用于安装压电激励器的方法，利用该方法尽可能避免在压电激励器中出现弯曲振动。
背景技术：
压电激励器(piezoelektrischerAktor,也称为 Piezoaktor 或 Piezoaktuator)利用压电材料构成，并且作为用于产生运动的机械驱动装置使用，其方式是借助于电压改变压电激励器的尺寸、特别是长度。典型地，压电激励器作为压电堆构成，在该压电堆中，极化方向交替的压电材料层与由金属制成的电极交替。电极按其布置的顺序与两个外电极中的一个交替地相连。施加到外电极上的交变电压在压电堆的纵向方向上、也就是在压电堆的层彼此重叠地堆叠的方向上产生纵向振动。压电激励器的纵向振动在大量应用中得到使用，例如用于动力燃料注入的目的。为此，压电堆在其纵向方向上安装在支架或接纳组件之间。通常出现一个或多个共振频率，在这些共振频率时所激励的纵向振动是特别强的。相反，同样出现的横向振动不是期望的，因为它们会引起压电激励器的扭曲，所述扭曲会影响压电激励器的功能和可能的话在压电堆的边缘面中造成有害的裂纹。横向振动的共振频率通常明显小于纵向振动的共振频率。例如,在30 mm压电激励器中，纵向振动的共振频率典型地约为12 kHz，而横向振动根据压电激励器的安装已经可能出现在2 kHz至3 kHz之间并且被相对较小频率的信号激励。当压电激励器对 称地安装在支架中时，基于在压电激励器的结构中常有的对称性，理想地不应该出现横向振动。然而，在实际中在安装压电激励器时不总是能够排除小的非对称性和由此造成的机械过应力(Verspannung)。此外,压电激励器内部由于制造公差可能存在非对称性，这同样便利了横向振动的出现。在安装或组装时，通过测量压电激励器在支架中的几何取向(Ausrichtung)提供尽可能对称的安装。然而，由此不可能平衡压电激励器中本身存在的非对称性。此外，该安装方法不能够评估压电激励器的实际弯曲振动倾向。以此方式同样不能控制在压电激励器运行时、尤其是第一次开动后较长时间内弯曲振动的出现，这种长时间运行可能例如在装入到为机动车而设计的马达中的压电激励器情况下是期望的。
发明内容
本发明的任务是说明用于控制以及如果可能的话避免压电激励器中的弯曲振动的方法，在安装或运行激励器时能够有利地使用该方法。该任务利用具有权利要求1所述特征的方法得到解决。拓展方案从从属权利要求中得出。在用于控制压电激励器的弯曲振动的方法中，用于激励纵向振动而设计和安装的压电激励器的小信号频谱被测量，并且从在所述小信号频谱中出现的共振中检测压电激励器中横向振动的激励。在用于安装压电激励器的方法的应用中，压电激励器在纵向方向上安装在支架之间，在该纵向方向上纵向振动能够通过施加交变电压被激励。这些支架是元件，例如一种装置的部件，压电激励器与这些元件机械相连并且压电激励器运行时产生的运动传输到这些元件上。安装好的压电激励器的小信号频谱在频率范围中被测量，并且从可在小信号频谱中识别到的共振中检测压电激励器中横向振动的出现。如果可识别到不期望的强的横向振动，则改变压电激励器的安装，例如通过调整，其中优选主要改变那些优先影响横向振动倾向的参数。测量和安装的改变根据需要频繁重复，直到由小信号频谱中的振动共振表明，未出现横向振动或出现的横向振动或弯曲振动低于预给定的极限、尤其是低于预给定的最大振幅。通过检查小信号频谱中的振动共振是否最多以预给定的最小频率间隔出现，尤其是能够确定横向振动的充分减小。代替这个或附加地能够检查，小信号频谱中的主要的振动共振是否仅高于预给定的最小频率而出现，所述最小频率事先被确定为，使得高于该最小频率基本上不出现横向振动。可能与横向振动的出现相关的安装参数例如是压电激励器在支架中的位置、尤其是压电激励器的纵向方向和支架的取向之间的角度，以及从支架施加到压电激励器上的机械应力的强度和方向。用于控制压电激励器的弯曲振动的方法基于压电激励器能够作为传感器使用，因为利用此类压电器件电气信号能够被转换成机械运动和机械运动能够被转换成电气信号。作为小信号频谱，尤其是可以依据频率来确定压电激励器的阻抗的绝对值。在机械自振动的范围内，压电激励器的阻抗频谱典型地具有串联共振和在稍高的频率情况下出现的串联共振。 串联共振理解为电容和电感的串联电路的共振。当交流电流经该串联电路时，在电容和电感上出现有90°的彼此相反的相移的电压。在共振频率时，该串联电路的阻抗理论上降低为零，而实际上一通过始终存在的欧姆电阻导致一降低为局部最小值。并联共振理解为电容和电感的并联电路的共振。在共振频率时，该并联电路的阻抗理论上变得无限大，而实际上一通过始终存在的欧姆电阻导致一采取局部最大值。当作为频率的函数来测量安装好的压电激励器的阻抗时，可识别到安装好的压电激励器和支架的整个布置的机电自振动。如在压电激励器中电气耦合的机械振动能够以此方式被直接检测到。当该布置具有自振动时，在表征所涉及的自振动的频率范围内获得分别具有串联共振频率和并联共振频率的阻抗频谱。因此由小信号阻抗的测量，可以确定安装好的压电激励器的振动行为，尤其是弯曲振动的出现。可以在使用电子调节电路情况下执行小信号频谱的测量和分析。可能的话，通过根据在小信号频谱中出现的共振改变压电激励器的安装能够实现优化，使得弯曲振动很少再出现和在理想情况下不再存在。本方法的优点在于，在此直接检测压电激励器的振动行为，和与仅以几何式优化压电激励器在支架中的位置为目的的方法不同，还考虑了压电激励器内部的非对称性。因此能够比至今为止的方案更有效地避免弯曲振动。
接着根据附图更准确描述本方法的示例。图1示出了安装好的压电激励器的示意性布置。图2示出了本方法的实施例的流程图，该方法用于安装压电激励器。 图3示出了阻抗频谱图。
具体实施例方式图1示出了在支架2之间安装好的压电激励器I的布置的示意性侧视图。支架2例如可以是一种装置的部件。压电激励器I在纵向方向3上取向，在该纵向方向3上能够激励所设计的压电激励器I的应用所需的纵向振动4。横向振动5可以垂直于纵向振动4的方向出现，并且导致不期望的或有害的压电激励器I的扭曲。为了尽可能消除横向振动，尤其是在安装压电激励器时应用具有按照图2的流程图的方法步骤的方法。在第一方法步骤6中进行压电激励器的安装。在第二方法步骤7中在可能出现的横向振动的范围内测量和分析安装好的压电激励器的小信号频谱。在接着执行的或与第二方法步骤7同时执行的第三方法步骤8中为了减少横向振动而改变压电激励器的安装，尤其是调整或后续调节安装参数，直到达到阻抗频谱的额定规定值。通过第二方法步骤7和第三方法步骤8的重复9，能够进行优化，使得最终达到可容忍的弯曲振动最小值或在理想情况下完全消除弯曲振动。图3示出了阻抗频谱 图。在此，以Ω (欧姆)为单位的阻抗的绝对值|z|在以Hz(赫兹)为单位的频率f上绘出。优化前测量的阻抗曲线10示出了多个并联共振12和串联共振13。在优化压电激励器的安装后接收的阻抗曲线11中以较大的频率间隔出现了共振，并且阻抗的较大的局部最大值和局部最小值仅在高的频率时出现。由此能够得出，在优化过程中弯曲振动的出现被显著减少。所述方法具有特别的优点，即出现的横向振动通过一种方式被检测到，该方式允许直接控制在运行压电激励器期间的弯曲振动的程度或通过安装的改变实现的改善，而且是在安装好的压电激励器的小信号频谱、尤其是阻抗频谱的测量期间或直接在该测量之后。在与期望的状态有偏差的情况下可以改变相关的安装参数，直到测量表明弯曲振动的充分最小化或压电激励器可以作为构件完全被更换为止。另一优点是，该方法可以在使用电子调节电路的情况下执行，并且可以在这样的拓展方案中例如在电子维护或诊断电路中或在自动的安装设备中实现，这允许了快速的、可靠的和成本低的应用。其中所述方法得到应用的压电激励器例如可以装入或安装在为机动车而设计的马达中。因此，该方法可以出于监控目的使用在机动车的喷射器中，以便例如提前检测不期望的和对于可靠运行有害的弯曲振动。附图标记列表
I压电激励器 2支架 3纵向方向 4纵向振动 5横向振动6第一方法步骤7第二方法步骤8第三方法步骤9方法步骤的重复10优化前的阻抗曲线11优化后的阻抗曲线12并联共振
13串联共振。`
权利要求
1.一种用于控制压电激励器的弯曲振动的方法，在所述方法中， -测量为了激励纵向振动(4)而设计和安装的压电激励器(I)的小信号频谱(10、11)，和 -从在小信号频谱(10、11)中出现的共振(12、13)中检测压电激励器(I)中横向振动(5)的激励。
2.根据权利要求1所述的方法，在所述方法中， -压电激励器(I)在纵向方向(3)上安装在支架(2)之间，在所述纵向方向(3)上纵向振动(4)被激励， -在出现不期望的强的横向振动(5)情况下改变压电激励器(I)的安装，和 -根据需要重复小信号频谱(10、11)的测量和安装的改变，直到从小信号频谱(10、11)中的共振(12、13)中识别出无横向振动(5)被激励或最多有低于预给定的极限的横向振动(5)被激励。
3.根据权利要求2所述的方法，在所述方法中，测量和安装的改变频繁地重复，直到小信号频谱(10、11)中的共振(12、13 )最多以预给定的最小频率间隔出现。
4.根据权利要求2或3所述的方法，在所述方法中，测量和安装的改变频繁地重复，直到小信号频谱(10、11)中的共振(12、13)最多大于预给定的最小频率地出现。
5.根据权利要求2至4之一所述的方法，在所述方法中，为了改变安装，压电激励器(O与支架(2)相关的位置和/或角度被改变。
6.根据权利要求2至5之一所述的方法，在所述方法中，为了改变安装，从支架(2)施加到压电激励器(I)的机械应力被改变。
7.根据权利要求1至6之一所述的方法，在所述方法中，作为小信号频谱(10、11)，依据所施加的交变电压的频率f测量压电激励器(I)的阻抗的绝对值IzU
8.根据权利要求7所述的方法，在所述方法中，确定压电激励器(I)的并联共振(12)和串联共振(13)。
9.根据权利要求1至8之一所述的方法，在所述方法中，在使用电子调节电路的情况下执行小信号频谱(10、11)的测量和分析。
10.根据权利要求1至9之一所述的方法，在所述方法中，压电激励器(I)装入或安装在为机动车而设计的马达中。
全文摘要
在用于控制压电激励器(1)的弯曲振动的方法中，测量为了激励纵向振动(4)而设计和安装的压电激励器(1)的小信号频谱，和从在小信号频谱中出现的共振中检测压电激励器中横向振动(5)的激励。
文档编号H01L41/04GK103069597SQ201180042340
公开日2013年4月24日 申请日期2011年9月2日 优先权日2010年9月3日
发明者R.加布尔 申请人:埃普科斯股份有限公司