تطبيق محول السيراميك الكهرضغطي في جهاز قياس المدى بالموجات فوق الصوتية

في العشرين سنة الماضية، لقد تطورت محولات الطاقة الخزفية الكهرضغطية بسرعة في الداخل والخارج. نظرًا لإنتاجه البسيط والتكلفة المنخفضة والاستقرار الجيد، فقد تم استخدامه على نطاق واسع في مجالات الإلكترونيات والضوء والحرارة والصوتيات، وله تطور واسع. احتمال. يمكن لمحولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية المصنوعة من السيراميك الكهرضغطي أن تنتج موجات فوق صوتية ذات اتجاهية جيدة. إنها مثالية لقياس المعلمات مثل السرعة والمسافة، ويمكن أن تعمل بثبات وموثوقية حتى في ظل الظروف البيئية القاسية.

يتم تصنيع محولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية الكهرضغطية باستخدام التأثير الكهرضغطي للمواد الكهروضغطية. تخضع المادة الكهرضغطية المستقطبة لتشوه ميكانيكي تحت تأثير المجال الكهربائي المطبق. وهذا ما يسمى التأثير الكهرضغطية العكسي. على العكس من ذلك، فإن التشوه الميكانيكي للمادة الكهروضغطية يولد أيضًا جهدًا، وهو ما يسمى التأثير الكهرضغطي الإيجابي. باستخدام التأثير الكهرضغطي العكسي، يمكن تحويل الجهد العالي التردد إلى اهتزاز ميكانيكي عالي التردد لتوليد موجات فوق صوتية؛ يمكن أيضًا استخدام التأثير الكهروإجهادي الإيجابي لتحويل اهتزاز الموجات فوق الصوتية المستقبلة إلى إشارة كهربائية. هذه هي الطريقة التي يعمل بها محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية. يمكن اعتبار محول قياس المسافة بمثابة شبكة ذات أربعة أطراف J لها نهاية كهربائية ونهاية ميكانيكية. القوة F وسرعة الطرف الميكانيكي، والجهد والتيار للطرف الكهربائي خطيان مع بعضهما البعض، حيث z هو جهد ثابت (أو المعاوقة الكهربائية لدائرة كهربائية قصيرة؛ التوصيل الكهربائي بسرعة ثابتة؛ A يسمى عامل القوة، وهذه المعلمات هي بشكل عام دالة للتردد.

اختيار المواد الكهرضغطية

تشتمل المواد الكهروضغطية المستخدمة في تصنيع محول طاقة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية على بلورات أحادية كهرضغطية، وسيراميك كهرضغطية متعدد البلورات، وبوليمرات عالية كهرضغطية، ومواد مركبة كهرضغطية. من بينها، يتميز السيراميك الكهرضغطي من تيتانات الزركون الرصاص بمزايا القوة الميكانيكية العالية، ومقاومة درجة الحرارة والرطوبة، والتكلفة المنخفضة وتأثير الاقتران الكهروميكانيكي الجيد، وقد تم استخدامه على نطاق واسع في محولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية. يستخدم محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية في جهاز تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية السيراميك الكهرضغطي من تيتانات زركونات الرصاص كمادة هزازة.