Piëzo-effek en piëzo-elektriese akoestiese sensor

Akoestiese emissie seine versprei in die vaste media bevat kenmerkende inligting van akoestiese emissie bronne. Om hierdie inligting te gebruik om materiaalkenmerke of die ontwikkeling van defekte te weerspieël, is dit nodig om sulke akoestiese emissieseine op soliede oppervlaktes te ontvang. Akoestiese emissieseine is verbygaande ewekansige golfseine met 'n minimum vertikale verplasing van ongeveer 10-7,10-14 meter. Die frekwensie word versprei in die infraklank tot ultrasoniese frekwensiereeks (verskeie hertz tot tien megahertz). Dit vereis dat instrumente vir die opsporing van akoestiese emissies 'n hoë reaksiespoed, hoë sensitiwiteit, hoë wins, wye dinamiese omvang, sterk blokkeerherwinningsvermoë en frekwensie-opsporing van piezo keramiek skyf kristal kan gekies word. In die werklike akoestiese emissie-opsporingsproses is die bespeurde seine dikwels komplekse seine wat veelvuldige refleksies en golfvormtransformasies ondergaan het. Akoestiese emissieseine word deur sensors ontvang en in elektriese seine omgeskakel. Die sensors gee 'n frekwensie-sensitiwiteitskurwe volgens 'n spesifieke kalibrasiemetode. Op grond hiervan kan verskillende tipes sensors met verskillende frekwensies en sensitiwiteite gekies word volgens die doel en omgewing van opsporing.

Die ultrasoniese sensor word gemaak op grond van die beginsel dat die fisiese eienskappe van sekere stowwe (soos halfgeleiers, piëzo-keramiek, piëzo-elektriese kristalle, ferromagnetiese liggame en supergeleiers) verander met die buitekant wat gemeet moet word. Dit gebruik baie effekte (insluitend fisiese effekte, chemiese effekte en biologiese effekte) en fisiese verskynsels, soos die gebruik van piëzo-weerstand, vogsensitiwiteit, hittesensitiwiteit, ligsensitiwiteit, magnetiese sensitiwiteit en gassensitiwiteit van materiale. Verplasing, magnetiese veld, gas word gemeet en in elektrisiteit omgeskakel. Die ontdekking en benutting van nuwe beginsels, nuwe effekte en die ontwikkeling en toepassing van nuwe fisiese materiale het gelei tot die ontwikkeling van fisiese sensors. Dit is dus nodig om die verskillende effekte waarop die sensors gebaseer is te verstaan, en om dit te verstaan, te ontwikkel en toe te pas. In die akoestiese emissie-opsporingsproses word die piëso-elektriese effek gewoonlik gebruik.

Die piëso-elektriese effek is omkeerbaar, wat 'n algemene term is vir die positiewe en negatiewe piëso-elektriese effekte. Dit is gebruiklik om die positiewe piëso-elektriese effek 'n piëso-elektriese effek te noem.

Wanneer sekere diëlektriese materiale van Pzt-materiaal piëso-elektriese keramiek word vervorm deur eksterne krag in 'n sekere rigting, positiewe en negatiewe ladings van verskillende tekens word op sekere oppervlaktes van die diëlektriese materiaal gegenereer. Nadat die eksterne krag verwyder is, keer hulle terug na 'n ongelaaide toestand. Hierdie verskynsel word 'n positiewe piëso-elektriese effek genoem. Die lading wat deur 'n diëlektriese krag gegenereer word, is eweredig aan die grootte van die eksterne krag. Die proporsionaliteitskoëffisiënt is 'n piëso-elektriese konstante, wat verband hou met die rigting van meganiese vervorming. Dit is konstant vir 'n sekere rigting van 'n sekere materiaal. Die polariteit van die lading wat deur 'n diëlektriese krag gegenereer word, hang af van die vorm van vervorming (kompressie of verlenging). Materiale met beduidende piëso-elektriese effekte word piëso-elektriese materiale genoem. Algemeen gebruik is enkelkristalle soos kwartskristalle, litiumniobaat LiNbO3, litiumgallaat LiGaO3, bismutgermanaat Bi12GeO20, en polikristalle soos bariumtitanaat na polarisasiebehandeling. Elektriese piëzo-keramiek, loodsirkonaattitanaatreeks piëzo-elektriese keramiek PZT. Nuwe piëso-elektriese materiale sluit in polimeer piëso-elektriese films (soos polivinielideenfluoried PVDF) en piëso-elektriese halfgeleiers (soos ZnO, CdS). Die piëso-elektriese effek van enkelkristalmateriale is te wyte aan die vervorming van die interne meridiaanstruktuur van hierdie enkelkristalle wanneer dit aan eksterne spanning onderwerp word, wat veroorsaak dat die oorspronklike makroskopies neutrale toestand vernietig word en polarisasie tot gevolg het. Die piëso-elektriese keramiek en polimeer piëso-elektriese films na polarisasie ('n sterk elektriese veld word by 'n sekere temperatuur toegepas) is die resultaat van die polarisasie van elektriese domeine en elektrodepare.

Piëzo-elektriese sensors word gemaak met behulp van die positiewe piëzo-elektriese effek omskakel nie-elektriese energie soos druk, vibrasie, versnelling, ens. elektriese energie word gebruik vir presiese meting.

Wanneer 'n elektriese veld toegepas word in die rigting van polarisasie diëlektrikum van Pzt8 piëzokeramiese ringkomponente , sommige diëlektrika sal meganiese vervorming of meganiese spanning in 'n sekere rigting produseer. Wanneer die eksterne elektriese veld verwyder word, verdwyn die vervorming of spanning ook. Hierdie fisiese verskynsel word die omgekeerde piëso-elektriese effek genoem. Die gebruik van die omgekeerde piëzo-elektriese effek kan gemaak word in ultrasoniese kragopwekkers, piëzo-elektriese luidsprekers, piëzo kristal ossillators met 'n hoogs stabiele frekwensie (soos kwarts horlosies en horlosies met 'n dag en nag fout). Die omgekeerde piëso-elektriese effek kan gebruik word vir die generering van akoestiese emissiesein. Omdat piëzo-elektriese omskakelingselemente twee belangrike eienskappe het van selfgenererende en omkeerbare, plus sy klein grootte, ligte gewig, eenvoudige struktuur, betroubare werking, hoë natuurlike frekwensie, hoë sensitiwiteit en hoë sein-tot-geraas-verhouding, kry die toepassing van piëzo-elektriese sensors vinnige ontwikkeling. 'n Verskeidenheid spanningopwekkers soos piëzo-elektriese kragbronne, gasstowe en outo-ontstekingstoestelle vir motorenjins wat ontwikkel is deur die positiewe piëzo-elektriese effek in die toetstegnologie te gebruik, die piëzo-elektriese omskakelingselement is 'n tipiese kragopvoelende element, wat die finale veranderlike kan meet. Daardie fisiese hoeveelhede soos die druk, skok, versnelling en dus 'n krag, vibrasie, en dus piëzo-elektriese sensors kan gesien word in 'n wye reeks velde soos akoestiek, meganika, medisyne en lugvaart. Wat meer betekenisvol is, is dat volgens die resultate van bio-piezo-elektriese, dit erken word dat lewende dinge piëzo-elektrisiteit het, en verskeie menslike sintuigorgane is eintlik bio-piezo-elektriese sensors. As die fraktuur volgens die positiewe piëso-elektriese effek behandel word, kan die genesing versnel word; die omgekeerde piëso-elektriese effek kan gebruik word om die bene aan te dryf om vervormde bene en ander funksies reg te stel. Die grootste nadeel van piëso-elektriese omskakelingselemente is dat hulle geen statiese uitset het nie, wat hoë elektriese uitsetimpedansie vereis, en lae kapasitansie en lae geraas kabels vereis. Die werkstemperatuur van baie piëzo-elektriese materiale is slegs ongeveer 250 ° C.