П'езаэфект і п'езаэлектрычны акустычны датчык

Сігналы акустычнай эмісіі, якія распаўсюджваюцца ў цвёрдых асяроддзях, утрымліваюць характэрную інфармацыю аб крыніцах акустычнай эмісіі. Каб выкарыстоўваць гэтую інфармацыю для адлюстравання характарыстык матэрыялу або развіцця дэфектаў, неабходна прымаць такія сігналы акустычнай эмісіі на цвёрдыя паверхні. Сігналы акустычнай эмісіі - гэта пераходныя выпадковыя хвалевыя сігналы з мінімальным вертыкальным зрушэннем каля 10-7,10-14 метраў. Частата размяркоўваецца ў дыяпазоне частот ад інфрагуку да ультрагуку (ад некалькіх герц да дзесяткаў мегагерц). Гэта патрабуе, каб прыборы выяўлення акустычнай эмісіі мелі высокую хуткасць водгуку, высокую адчувальнасць, высокі каэфіцыент узмацнення, шырокі дынамічны дыяпазон, моцную магчымасць аднаўлення блакіровак і частату выяўлення пьезокерамический крышталь дыска . можна выбраць У рэальным працэсе выяўлення акустычнага выпраменьвання выяўленыя сігналы часта з'яўляюцца складанымі сігналамі, якія падвергліся шматразовым адлюстраванням і пераўтварэнням формы хвалі. Сігналы акустычнай эмісіі прымаюцца датчыкамі і пераўтвараюцца ў электрычныя сігналы. Датчыкі даюць крывую частаты-адчувальнасці ў адпаведнасці з пэўным метадам каліброўкі. Зыходзячы з гэтага, можна выбраць розныя тыпы датчыкаў з рознымі частотамі і адчувальнасцю ў адпаведнасці з мэтай і асяроддзем выяўлення.

Ультрагукавы датчык заснаваны на прынцыпе, згодна з якім фізічныя характарыстыкі пэўных рэчываў (такіх як паўправаднікі, п'езакераміка, п'езаэлектрычныя крышталі, ферамагнітныя целы і звышправаднікі) змяняюцца ў залежнасці ад вонкавага боку, якое вымяраецца. Ён выкарыстоўвае мноства эфектаў (уключаючы фізічныя эфекты, хімічныя эфекты і біялагічныя эфекты) і фізічных з'яў, такіх як выкарыстанне п'езастойлівасці, адчувальнасці да вільгаці, адчувальнасці да цяпла, адчувальнасці да святла, магнітнай адчувальнасці і адчувальнасці да газу матэрыялаў. Зрушэнне, магнітнае поле, газ вымяраецца і ператвараецца ў электрычнасць. Адкрыццё і выкарыстанне новых прынцыпаў, новых эфектаў, а таксама распрацоўка і прымяненне новых фізічных матэрыялаў прывялі да распрацоўкі фізічных сэнсараў. Таму неабходна разумець розныя эфекты, на якіх заснаваны датчыкі, а таксама разумець, распрацоўваць і прымяняць іх. У працэсе выяўлення акустычнай эмісіі звычайна выкарыстоўваецца п'езаэлектрычны эфект.

П'езаэлектрычны эфект зварачальны, што з'яўляецца агульным тэрмінам для станоўчых і адмоўных п'езаэлектрычных эфектаў. Станоўчы п'езаэлектрычны эфект прынята называць п'езаэлектрычным.

Калі некаторыя дыэлектрычныя матэрыялы ст Pzt матэрыял п'езаэлектрычная кераміка дэфармуецца знешняй сілай у пэўным кірунку, на пэўных паверхнях дыэлектрычнага матэрыялу ўтвараюцца станоўчыя і адмоўныя зарады розных знакаў. Пасля зняцця знешняй сілы яны вяртаюцца ў незараджаны стан. Гэта з'ява называецца станоўчым п'езаэлектрычным эфектам. Зарад, які ствараецца дыэлектрычнай сілай, прапарцыянальны велічыні знешняй сілы. Каэфіцыент прапарцыянальнасці - гэта п'езаэлектрычная пастаянная, якая звязана з напрамкам механічнай дэфармацыі. Яна пастаянная для пэўнага кірунку пэўнага матэрыялу. Палярнасць зарада, які ствараецца дыэлектрычнай сілай, залежыць ад формы дэфармацыі (сціску або падаўжэння). Матэрыялы са значным п'езаэлектрычным эфектам называюцца п'езаэлектрычнымі матэрыяламі. Звычайна выкарыстоўваюцца монакрышталі, такія як крышталі кварца, ніябат літыя LiNbO3, галлат літыя LiGaO3, германат вісмута Bi12GeO20 і полікрышталі, такія як тытанат барыю, пасля палярызацыйнай апрацоўкі. Электрычная п'езакераміка, п'езаэлектрычная кераміка серыі цырканат-тытанат свінцу PZT. Новыя п'езаэлектрычныя матэрыялы ўключаюць палімерныя п'езаэлектрычныя плёнкі (напрыклад, полівінілідэнфтарыд PVDF) і п'езаэлектрычныя паўправаднікі (напрыклад, ZnO, CdS). П'езаэлектрычны эфект монакрышталічных матэрыялаў абумоўлены дэфармацыяй унутранай мерыдыянальнай структуры гэтых монакрышталяў пры знешняй нагрузцы, што прыводзіць да разбурэння зыходнага макраскапічна нейтральнага стану і ў выніку да палярызацыі. П'езаэлектрычная кераміка і палімерныя п'езаэлектрычныя плёнкі пасля палярызацыі (прыкладваецца моцнае электрычнае поле пры пэўнай тэмпературы) з'яўляецца вынікам палярызацыі электрычных даменаў і электродных пар.

П'езаэлектрычныя датчыкі вырабляюцца з выкарыстаннем станоўчага п'езаэлектрычнага эфекту, які ператварае неэлектрычную энергію, такую ​​як ціск, вібрацыя, паскарэнне і г.д. Электрычная энергія выкарыстоўваецца для дакладных вымярэнняў.

Калі электрычнае поле прыкладзена ў кірунку палярызацыі дыэлектрыка Кампаненты п'езакерамічнага кольца Pzt8 , некаторыя дыэлектрыкі будуць выклікаць механічную дэфармацыю або механічнае напружанне ў пэўным кірунку. Калі знешняе электрычнае поле здымаецца, дэфармацыя або напружанне таксама знікае. Гэта фізічная з'ява называецца зваротным п'езаэлектрычным эфектам. Выкарыстоўваючы адваротны п'езаэлектрычны эфект, можна стварыць ультрагукавыя генератары, п'езаэлектрычныя дынамікі, п'езакрысталічныя асцылятары з вельмі стабільнай частатой (напрыклад, кварцавыя і гадзіннікі з дзённай і начной памылкай). Зваротны п'езаэлектрычны эфект можа быць выкарыстаны для генерацыі сігналу акустычнай эмісіі. Паколькі п'езаэлектрычныя элементы пераўтварэння валодаюць дзвюма важнымі ўласцівасцямі: самагенеруючымі і зварачальнымі, а таксама невялікімі памерамі, лёгкай вагай, простай структурай, надзейнасцю працы, высокай уласнай частатой, высокай адчувальнасцю і высокім стаўленнем сігнал/шум, прымяненне п'езаэлектрычных датчыкаў атрымлівае хуткае развіццё. Розныя генератары напружання, такія як п'езаэлектрычныя крыніцы харчавання, газавыя пліты і прылады самазапальвання для аўтамабільных рухавікоў, распрацаваны з выкарыстаннем станоўчага п'езаэлектрычнага эфекту ў тэхналогіі тэсціравання, п'езаэлектрычны пераўтваральны элемент з'яўляецца тыповым адчувальным элементам сілы, які можа вымяраць канчатковую зменлівасць. Гэтыя фізічныя велічыні, якія ўтвараюць сілу, такія як ціск, паскарэнне, механічны ўдар і вібрацыя, такім чынам, прымяненне п'езаэлектрычныя датчыкі можна ўбачыць у шырокім дыяпазоне абласцей, такіх як акустыка, механіка, медыцына і касманаўтыка. Што больш важна, у адпаведнасці з вынікамі біяп'езаэлектрыкі прызнана, што жывыя істоты валодаюць п'езаэлектрычнасцю, а розныя органы пачуццяў чалавека насамрэч з'яўляюцца біяп'езаэлектрычнымі датчыкамі. Калі пералом лячыць у адпаведнасці са станоўчым п'езаэлектрычным эфектам, гаенне можа быць паскорана; зваротны п'езаэлектрычны эфект можа быць выкарыстаны для харчавання костак для карэкцыі дэфармаваных костак і іншых функцый. Галоўным недахопам п'езаэлектрычных пераўтваральных элементаў з'яўляецца тое, што яны не маюць статычнага выхаду, які патрабуе высокага электрычнага выхаднога супраціву, а таксама патрабуюць кабеляў з нізкай ёмістасцю і нізкім узроўнем шуму. Працоўная тэмпература многіх п'езаэлектрычных матэрыялаў складае ўсяго каля 250 ° C.