Прымяненне п'езаэлектрычнай керамікі, якая выкарыстоўваецца ў ультрагукавым датчыку адлегласці

За апошнія 20 гадоў,кошт п'езаэлектрычнага крышталя хутка развіваецца ў краіне і за мяжой. Дзякуючы іх перавагам у простай вытворчасці, нізкай цане і добрай стабільнасці, яны шырока выкарыстоўваюцца ў галіне электронікі, святла, цяпла і акустыкі і маюць шырокі асартымент. Ультрагукавыя пераўтваральнікі зроблены з п'езаэлектрычнай керамікі, якая можа вырабляць ультрагукавыя хвалі з добрай накіраванасцю. Яны ідэальна падыходзяць для вымярэння такіх параметраў, як хуткасць і адлегласць, і могуць працаваць стабільна і надзейна ў суровых умовах навакольнага асяроддзя.

Аб ультрагукавым далятары, ультрагукавыя хвалі з частатой вышэй за 20 кГц, якія з'яўляюцца механічнымі хвалямі. Дзякуючы добрай накіраванасці і ўстойлівасці да навакольнага асяроддзя, ён выкарыстоўваецца ў тэхналогіі вымярэння крутоўнага моманту. Ультрагукавой дальнамера - гэта бескантактавы метад дальнамера. Метады ў асноўным ўключаюць імпульсны метад, фазавы метад і метад пераўтварэння частоты. Ультрагукавой далятара ў асноўным выкарыстоўвае імпульсны метад. Імпульсны метад непасрэдна вызначае значэнне адлегласці шляхам вымярэння часу, на працягу якога імпульсны сігнал носьбіта рухаецца наперад і назад на адлегласць, якое падлягае вымярэнню. Формула а выпрацоўка энергіі з п'езапласціны роўная D=Vt2D/2, дзе D — адлегласць, якую трэба вымераць; V - хуткасць распаўсюджвання носьбіта ў паветры; t2D - час перавозкі туды і назад. На дакладнасць імпульснага метаду ўплывае дакладнасць вымярэння часу, а на дакладнасць вымярэння часу - частата ваганняў. Калі ў якасці носьбіта выкарыстоўваецца ультрагукавая хваля і дакладнасць вымярэння адлегласці D≤1 см, дакладнасць вымярэння часу павінна быць t≤5,9 × 10-5 с, гэта значыць, пакуль частата ваганняў дасягае 1,7 × 104 Гц, гэта вельмі лёгка рэалізаваць.

П'езаэлектрычныя ультрагукавыя пераўтваральнікі вырабляюцца з выкарыстаннем п'езаэлектрычнага эфекту п'езаэлектрычных матэрыялаў. Палярызаваны п'езаэлектрычны матэрыял падвяргаецца механічнай дэфармацыі пад дзеяннем прыкладзенага электрычнага поля. Гэта называецца зваротным п'езаэлектрычным эфектам. І наадварот, механічная дэфармацыя п'езаэлектрычнага матэрыялу таксама стварае напружанне, якое называецца станоўчым п'езаэлектрычным эфектам. Выкарыстоўваючы зваротны п'езаэлектрычны эфект, высокачашчыннае напружанне можна пераўтварыць у высокачашчынную механічную вібрацыю для генерацыі ультрагукавых хваль; станоўчы п'езаэлектрычны эфект таксама можа быць выкарыстаны для пераўтварэння атрыманай ультрагукавой вібрацыі ў электрычны сігнал. Вось як працуе ультрагукавой пераўтваральнік. П'езаэлектрычныя ультрагукавыя пераўтваральнікі можна разглядаць як чатырохкантактную сетку з электрычным і механічным канцамі.

Выбар п'езаэлектрычных матэрыялаў п'езаэлектрычныя пласціны заключаецца ў тым, што п'езаэлектрычныя матэрыялы для вырабу ультрагукавых пераўтваральнікаў ўключаюць п'езаэлектрычныя монакрышталі, полікрышталічную п'езаэлектрычную кераміку, п'езаэлектрычныя высокія палімеры і п'езаэлектрычныя кампазітныя матэрыялы. Сярод іх п'езаэлектрычная кераміка з тытанату свінцу мае такія перавагі, як высокая механічная трываласць, устойлівасць да тэмпературы і вільготнасці, нізкі кошт і добры электрамеханічны эфект сувязі, і яна шырока выкарыстоўваецца ў ультрагукавых пераўтваральніках. Ультрагукавы пераўтваральнік ва ўльтрагукавым далямеры выкарыстоўвае ў якасці матэрыялу вібратара п'езаэлектрычную кераміку з тытанату свінцу.

Калі два падоўжаных п'езаэлектрычны дыск П'езаэлектрычны крышталь аднолькавай таўшчыні і палярызаваны злучаны разам, згінальная вібрацыя можа ўзнікаць, калі ўзбуджальнае электрычнае поле прымяняецца, каб выклікаць падаўжэнне, а другое - скарачэнне. Два злучаных п'езакерамічных ліста палярызаваны ў процілеглых напрамках і паслядоўна падлучаны да крыніцы харчавання; паказаны рэжымы паралельнага злучэння двух п'езакерамічных лістоў, якія маюць аднолькавы кірунак палярызацыі. У двух п'езакерамічных клейкіх лістах электрычнае поле ўзбуджае толькі адзін з іх, ствараючы вібрацыю пры выгіне. Аналагічным чынам, склейванне двух п'езаэлектрычных керамічных лістоў з тонкім металічным лістом або склейванне керамічнага ліста з тонкім металічным лістом таксама можа прывесці да таўшчыні вібрацыі пры выгібе. Рэзанансная частата fr рэжыму выгібнай вібрацыі і даўжыня ліста. Суадносіны паміж агульнай таўшчынёй t і клейкім лістом fr = Nlttl2, дзе Nlt - канстанта частоты. Рэжым вібрацыі пры выгібе таўшчыні дастасавальны да дыяпазону частот ад 500 Гц да 100 кГц. Памер такога вібратара звычайна роўны шырыні керамічнага ліста, l = (6 ~ 10) ww ≥ 3,5 т. Рэжым вібрацыі зруху па таўшчыні характарызуецца тым, што паверхня электрода паралельная напрамку палярызацыі, а п'езакерамічны ліст падвяргаецца вібрацыі зруху ў напрамку таўшчыні пад дзеяннем пераменнага электрычнага поля. Рэжым зруху па таўшчыні адносна лёгка ўзбуджаецца, і ён у асноўным выкарыстоўваецца ў дыяпазоне высокіх частот ад 10 да 60 кГц, які не будзе апісвацца падрабязна. У ультрагукавым далямеры п'езаэлектрычны пераўтваральнік выпраменьвае ультрагукавыя хвалі, і амплітуда вібрацыі вібратара вялікая, таму пераважны рэжым вібрацыі згінання. У той жа час, паколькі акустычны імпеданс паветра надзвычай нізкі, для звычайнага п'езаэлектрычнага матэрыялу немагчыма дасягнуць супастаўлення імпедансу, і таму гэта павінна быць рэалізавана з дапамогай пераходнага пласта. Выяўлена, што п'езаэлектрычны керамічны кавалак злучаны з тонкім металічным кавалкам, і Ультрагукавы п'езаэлектрычны пераўтваральнік выкарыстоўваецца ў якасці крыніцы ўзбуджэння для стварэння рэжыму выгібнай вібрацыі, які мае вялікую амплітуду і малы акустычны імпеданс, і можа дасягнуць супадзення акустычнага імпедансу з паветрам. . Гэты артыкул мае форму злучанай канструкцыі з лістоў п'езакерамікі і тонкіх металічных лістоў.

 Тонкія металічныя лісты могуць таксама выступаць у якасці ахоўнай плёнкі для абароны п'езаэлектрычнай керамікі і электродаў ад зносу і пашкоджанняў. Матэрыял можа быць абраны з высокастабільнага нікель-хром-тытанавага сплаву. Паколькі чым танчэйшы метал, тым вышэй гукавы ціск - гэта зваротна-паступальны каэфіцыент прапускання, металічны кавалак распрацаваны тонкім, звычайна каля 0,1 мм. Форма і памер вібратара ў ультрагукавым далямеры патрабуюць, каб ультрагукавое поле, якое праходзіць, было веерападобным, улічваючы выкарыстанне прастакутнага вібратара ў якасці крыніцы хвалі. Крыніца прамавугольнай хвалі даўжынёй L і шырынёй W выкарыстоўваецца для вібрацыі поршня, а гукавое поле падоўжнай хвалі выпраменьваецца ў газавым асяроддзі падобна дыскавай крыніцы. Галоўны пучок выпраменьвання ўяўляе сабой чатырохвугольную піраміду, уяўляе сабой перспектыўны выгляд накіраванага галоўнага лепестка крыніцы прамавугольнай хвалі. Ультрагукавой далямер выпраменьвае ультрагукавую хвалю з частатой 36 кГц для адначастотнага дыяпазону, гэта значыць рэзанансная частата п'езаэлектрычнага керамічнага асцылятара складае 36 кГц. Гэтая частата не толькі задавальняе патрабаванням сістэмы да далёкасці выяўлення, дакладнасці і адчувальнасці, але і робіць ультрагукавыя хвалі, якія перадаюцца, больш эфектыўнымі пры распаўсюджванні ў паветры. Праз разлік формулы і эксперыментальную карэкцыю памер п'езаэлектрычнага керамічнага прамавугольнага вібратара вызначаецца як: L=26,5 мм, Ш=11,2 мм, п'езаэлектрычны пераўтваральнік распрацаваны ў выглядзе цеснай структуры рэзанансу асноўнай частаты, а корпус зроблены з інжынернага пластыка. Ён можа фіксаваць і абараняць металічныя і керамічныя клейкія лісты. Два штыфта электрода адпаведна злучаны з электродам з металу і керамікі праз падводныя правады, і спосаб злучэння можа быць прыпаяны прыпоем або нізкатэмпературным токаправодным клеем.