مبدأ العمل وتطبيق جهاز استشعار الموجات فوق الصوتية الكهرضغطية

مبدأ العمل يعتمد مستشعر الموجات فوق الصوتية الكهروإجهادية بشكل أساسي على التأثير الكهرضغطي، والذي يستخدم المكونات الكهربائية والآلات الأخرى لتحويل الضغط المراد قياسه إلى كهرباء، ثم يقوم بإجراء القياسات ذات الصلة. أدوات القياس الدقيقة، مثل العديد من أجهزة إرسال الضغط وأجهزة استشعار الضغط. لا يمكن استخدام أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية الكهرضغطية في القياسات الثابتة. والسبب هو أن الشحنة بعد تعرضها لقوة خارجية لا يمكن الحفاظ عليها إلا عندما تتمتع الدائرة بمقاومة دخل لا نهائية. فيما يلي ما يلي، دعونا نتحدث بإيجاز عن تطبيق مبدأ عمل أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية الكهرضغطية!

الفعلي أجهزة استشعار الموجات فوق الصوتية لاردوينو إلا في القياس الديناميكي. لا يمكن استخدام المواد الكهرضغطية الرئيسية هي: فوسفات ثنائي الهيدروجين، طرطرات الصوديوم والبوتاسيوم والكوارتز. تم العثور على التأثير الكهرضغطي على الكوارتز. عندما يتغير الضغط، يتغير المجال الكهربائي بشكل طفيف جدًا، وستحل بعض البلورات الكهرضغطية الأخرى محل الكوارتز. طرطرات الصوديوم والبوتاسيوم، لديها معامل كهرضغطية كبير وحساسية كهرضغطية، ولكن لا يمكن استخدامها إلا في الداخل حيث تكون الرطوبة ودرجة الحرارة منخفضة نسبيًا. الفوسفات عبارة عن بلورة صناعية، ويمكن استخدامه في بيئة ذات رطوبة عالية ودرجة حرارة عالية، لذلك فإن تطبيقه واسع جدًا. مع تطور التكنولوجيا، تم أيضًا تطبيق التأثير الكهرضغطي على البلورات المتعددة. على سبيل المثال: يتم تضمين السيراميك الكهرضغطي، والسيراميك الكهروضغطي بحمض المغنيسيوم نيوبات، والسيراميك الكهرضغطي من سلسلة نيوبات، والسيراميك الكهرضغطي من تيتانات الباريوم.

مستشعر بالموجات فوق الصوتية ذو تأثير كهرضغطية، وهو عبارة عن تحويل كهروميكانيكي ومستشعر يعمل بالطاقة الذاتية. مكوناتها الحساسة مصنوعة من مواد كهرضغطية، وعندما تتعرض المواد الكهرضغطية لقوة خارجية، ستتشكل شحنات على سطحها. سوف تمر الشحنات من خلال مضخم الشحن، وتضخيم دائرة القياس، وتحويل المعاوقة. يتم تحويله إلى خرج طاقة يتناسب مع القوة الخارجية المستلمة.

المعلمات التقنية لأجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية الكهرضغطية

مستشعر القرب بالموجات فوق الصوتية الثابت الكهروإجهادي هو معلمة تقيس قوة التأثير الكهرضغطي للمادة، ويرتبط بشكل مباشر بحساسية الخرج الكهرضغطي. يحدد الثابت المرن والصلابة للمواد الكهرضغطية التردد الطبيعي والخصائص الديناميكية للأجهزة الكهرضغطية. بالنسبة لعنصر كهرضغطية ذو شكل وحجم معين، ترتبط السعة الكامنة به بثابت العزل الكهربائي وتؤثر السعة الكامنة على حد التردد الأدنى لمستشعر الموجات فوق الصوتية الكهرضغطية.

في التأثير الكهروضغطي، يكون معامل الاقتران الميكانيكي مساويًا للجذر التربيعي لنسبة طاقة الخرج المحولة (مثل الطاقة الكهربائية) إلى طاقة الإدخال (مثل الطاقة الميكانيكية)؛ إنها معلمة مهمة لقياس كفاءة تحويل الطاقة الكهروميكانيكية للمواد الكهرضغطية.

مقاومة العزل للمواد الكهرضغطية سوف يقلل مستشعر القرب بالموجات فوق الصوتية من تسرب الشحنة، وبالتالي تحسين خصائص التردد المنخفض لأجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية الكهرضغطية. تسمى درجة الحرارة التي تبدأ عندها المواد الكهرضغطية بفقد خواصها الكهرضغطية بدرجة حرارة نقطة كوري.