اختبار أداء المواد المركبة الكهرضغطية من النوع 1 - 3

النوع l-3 المُجهز تم اختبار مركب السيراميك الكهرضغطي باستخدام محلل المواد/الممانعة Agllent E499lA RF الذي تم تصنيعه بواسطة Agilent. بالمقارنة مع محللات الشبكات التقليدية، فإن محلل معاوقة التردد/المادة لديه نطاق قياس واسع. يتراوح نطاق التردد القابل للقياس من 3 ميجا هرتز إلى 3 جيجا هرتز (دقة القياس 1 ميجا هرتز) ؛ يتم اختبار المعاوقة عند 50 مقارنة بمحلل الشبكة. دقة القياس عالية، عندما تنحرف قيمة مقاومة مادة الاختبار عن 50. ستكون دقة القياس أسوأ؛ يستطيع محلل المواد/مقاومة الترددات اللاسلكية Agilent E499lA قياس مقاومة الأجهزة غير 50.

يتبين من نتائج الاختبار أن ترددات الرنين المتسلسلة والمتوازية من النوع l-3 قرص Pzt من السيراميك الكهرضغطي هو 45.968 ميجا هرتز و60.253 ميجا هرتز؛ التردد المركزي هو 53 ميجاهرتز، وعامل التماسك الكهروميكانيكي k هو 0.6842. وبالمقارنة مع السيراميك الكهروإجهادي أحادي الطور PZT-SH، يتم زيادة معامل الصدفة الكهروميكانيكية بنسبة 33.3٪ مقارنة بالضغط أحادي الطور. وقد تم تحسين الخواص الكهرضغطية للسيراميك الكهربائي بشكل ملحوظ.

 باستخدام PZT--SH المواد الكهرضغطية محول الطاقة الكهروإجهادي الذي تم استقطابه، باستخدام طريقة القطع والتعبئة، تكون مادة PZT في قطبها. مساحة المقطع العرضي لعمود السيراميك الكهرضغطي مربعة، وعرض العمود 36.03 أم، والسمك d عبارة عن عمود سيراميك كهرضغطية بفترة 36.52 أم، حيث يبلغ عرض الشق 24.14 أم. أخيرًا تم الحصول على مرحلة السيراميك الكهرضغطية. يبلغ حجم جزء حجم المادة 35.84٪ من المادة المركبة الكهرضغطية من النوع l-3.

النوع المجهز 1-3 يتم ترسيخ الماسح الضوئي للأنبوب الكهرضغطي ببطء بواسطة درجة حرارة بطيئة وحالة خالية من الفراغ، بحيث يكون مرتبطًا بشكل جيد بالطور الكهرضغطي. تم اختبار أداء المركب الكهروضغطي من النوع l-3 المُجهز بواسطة محلل المواد/الممانعة للترددات اللاسلكية Agilent E499lA. كانت ترددات الرنين المتسلسلة والمتوازية للمركب الكهرضغطي 45.968 ميجا هرتز و60.253 ميجا هرتز، على التوالي. التردد المركزي هو fc حوالي 53 ميجا هرتز، ومعامل الصدفة الكهروميكانيكية k هو 0.6842. بالمقارنة مع السيراميك الكهروضغطي أحادي الطور PZT--SH، فإن معامل التطابق الكهروميكانيكي يزداد بنسبة 33.3% مقارنة بضغط السيراميك الكهرضغطي أحادي الطور. تم تحسين الأداء الكهربائي بشكل ملحوظ.

أخيرًا، أنشأ WA Smith نموذجًا للمادة المركبة 1-3، وخلص إلى أن معامل المصادفة الكهروميكانيكية لوضع السُمك لمحول الطاقة بالموجات فوق الصوتية الكهرضغطية من النوع 1-3 يتراوح بين 30% و80% من جزء حجم الطور الكهرضغطي. اتجاه التغيير بطيء، وعندما يتراوح جزء الحجم بين 60٪ و 80٪، فإن معامل المصادفة الكهروميكانيكية للمركب الكهرضغطي من النوع l-3 يكون تقريبًا ضعف معامل السيراميك الكهروضغطي أحادي الطور؛ بالنسبة لنفس المركبات الكهرضغطية من نوع البوليمر، طالما أن الجزء الحجمي للمادة الكهرضغطية الوظيفية بشكل عام PZT هو نفسه، بغض النظر عن كيفية ترتيب الأعمدة في البوليمر، فإن شكل المقطع العرضي للعمود ثابت نسبيًا. وثابت العزل الكهربائي يزداد عنصر السيراميك الكهرضغطي مع زيادة الجزء الحجمي من الطور الخزفي الكهرضغطي، والذي يزيد بشكل خطي كبير؛ نظرًا لأن مادة السيراميك الكهرضغطية عمومًا لها كثافة أعلى من الطور غير الكهرضغطي (البوليمر بشكل عام).

كثافة المادة هي أنه مع زيادة الجزء الحجمي للمادة الكهرضغطية، فإن نسبة مادة الطور غير الكهرضغطية في المادة المركبة ستصبح أصغر وأصغر، وبالتالي تشكيل المادة المركبة الكهرضغطية من النوع l-3. كما ستزداد الكثافة بشكل كبير. مع زيادة الجزء الحجمي لمواد الطور الكهرضغطية، تزداد سرعة الصوت من النوع l-3 مستشعر كهرضغطية صوتي بيزو بشكل أساسي؛ كما يزيد ومع ذلك، فإن اتجاه نموها ينقسم بشكل أساسي إلى ثلاثة أجزاء، حيث يتم تقليل الضغط بجزء حجمي منخفض. عندما يزداد الجزء الحجمي لمادة الطور الكهربائي، تزداد سرعة الصوت بسرعة؛ عندما يكون الجزء الحجمي للطور الكهرضغطي بين 30% و80%، تزداد سرعة الصوت بشكل خطي كبير؛ وعندما يتجاوز الكسر الحجمي 80%، يبدأ اتجاه النمو في الزيادة مرة أخرى.

سبب هذه الظاهرة هو زيادة جزء الحجم الذي يجب التغلب عليه من خلال الأحمال الجماعية الأكبر. كما أن سرعة الصوت بدأت للتو في الزيادة، ولكن بسبب عمل البوليمر، تبدأ بعد ذلك في الانخفاض وتبدأ أخيرًا في الزيادة. وتمت دراسة تأثير نسبة العرض إلى الارتفاع للطور الكهرضغطي ونسبة العرض إلى الارتفاع على المادة المركبة للمركب l-3. نسبة الطول إلى العرض للمقطع العرضي لمذبذب محول الطاقة الكهرضغطية هي من النوع l، أي عندما يكون المقطع العرضي مربعًا، يكون ثابت الضغط الهيدروستاتيكي وقيمة حساسية الضغط الهيدروستاتيكي مثاليين. من أجل ضمان وضع اهتزاز جيد السُمك للمادة المركبة الكهرضغطية من النوع l-3، يتم منع تداخل وضع الاهتزاز (مثل وضع الاهتزاز) مع وضع اهتزاز السُمك قدر الإمكان لضمان اتجاهه. يجب أن تكون نسبة العرض إلى الارتفاع أقل من النوع l.