Прынцып працы п'езаэлектрычнага керамічнага пераўтваральніка

Агляд п'езаэлектрычныя керамічныя пераўтваральнікі

П'езаэлектрычны керамічны пераўтваральнік складаецца з п'езаэлектрычнага керамічнага крышталя і лёгкіх і цяжкіх двух металаў. Пасля палярызацыйнай апрацоўкі пры пэўнай тэмпературы ён мае п'езаэлектрычны эфект. П'езаэлектрычныя керамічныя ультрагукавыя пераўтваральнікі ўвайшлі ў поле даследаванняў людзей на працягу доўгага часу. Ён просты ў вытворчасці, мае моцную кіравальнасць, высокую адчувальнасць і добрую электрамеханічную сувязь. Датчыкі,  распрацаваныя  на аснове п'езаэлектрычнай керамікі, уключаюць магутныя ультрагукавыя пераўтваральнікі і ультрагукавыя датчыкі выяўлення.

Ультрагукавая тэхналогія - гэта шырока выкарыстоўваная тэхналогія неразбуральнага кантролю. Ён заснаваны на акустычнай тэорыі і пастаянна выкарыстоўваецца ў галіне электронікі, сувязі, медыцыны, біялогіі і фізікі. У сучасных тэхналогіях выяўлення датчыкі, распрацаваныя з выкарыстаннем ультрагукавой тэхналогіі, прыцягваюць усё большую ўвагу з-за іх высокай адчувальнасці і высокай дакладнасці.

Звычайна ў працэсе праверкі выкарыстоўваюцца пераўтваральнікі з п'езакальцавымі пераўтваральнікамі, магнітастрыктыўныя пераўтваральнікі, электрамагнітныя акустычныя пераўтваральнікі і лазерныя пераўтваральнікі. Найбольш часта выкарыстоўваецца п'езаэлектрычны пераўтваральнік, яго асноўным кампанентам з'яўляецца п'езаэлектрычны чып. П'езаэлектрычная пласціна можа дэфармавацца пад ціскам, што прыводзіць да палярызацыі самой пласціны, і на паверхні пласціны з'яўляюцца дадатныя і адмоўныя звязаныя зарады. Гэты эфект з'яўляецца п'езаэлектрычным. Больш за тое, п'езаэлектрычны эфект зварачальны, гэта значыць дэфармуецца пры падачы напругі на пласціну. У працэсе выяўлення ультрагукавы датчык можа генераваць ультрагукавыя хвалі з дапамогай зваротнага п'езаэлектрычнага эфекту і выкарыстоўваць п'езаэлектрычны эфект для дасягнення мэты атрымання ультрагукавых хваль. П'езаэлектрычныя керамічныя ультрагукавыя пераўтваральнікі ўвайшлі ў поле даследаванняў людзей на працягу доўгага часу. Ён просты ў вытворчасці, мае моцную кіравальнасць, высокую адчувальнасць і добрую электрамеханічную сувязь. Да пераўтваральнікаў, распрацаваных на аснове п'езаэлектрычнай керамікі, адносяцца магутныя ультрагукавыя пераўтваральнікі і ультрагукавыя датчыкі выяўлення.

Прынцып працы п'езаэлектрычнага керамічнага пераўтваральніка

Прынцып п'езаэлектрычных керамічных пераўтваральнікаў заключаецца ў тым, што калі ціск або нацяжэнне прыкладваецца да керамікі pzt  , на абодвух канцах керамікі ўтвараюцца зарады процілеглай палярнасці, і праз ланцуг генеруецца ток. Гэты эфект называецца п'езаэлектрычным. Калі пераўтваральнік з гэтай п'езаэлектрычнай керамікі змясціць у ваду, то пад дзеяннем гукавых хваль на абодвух канцах пераўтваральніка, які з'яўляецца прыёмнікам акустычнай хвалі, будуць наводзіцца зарады. Акрамя таго, п'езаэлектрычны эфект зварачальны. Калі да п'езаэлектрычнага керамічнага ліста прыкласці пераменнае электрычнае поле, п'езакерамічны ліст будзе час ад часу станавіцца танчэйшым і таўсцейшым і ў той жа час ствараць вібрацыю і выпраменьваць гукавыя хвалі. Такім чынам, праблема ультрагукавога перадатчыка вырашана.

Ёсць два тыпу п'езакерамічныя кальцавыя кампаненты  з нетастрыкцыйнага металу і п'езаэлектрычная кераміка. Мэтай гэтага артыкула з'яўляецца распрацоўка пераўтваральнікаў для механічнай ультрагукавой апрацоўкі высокай магутнасці, таму абмяркоўваюцца толькі п'езаэлектрычныя керамічныя пераўтваральнікі. Як свайго роду сетка перадачы энергіі, п'езаэлектрычны керамічны пераўтваральнік мае праблему эфектыўнасці пераўтварэння энергіі. Эфектыўнасць пераўтварэння звязана з выбарам матэрыялу пераўтваральніка, формы вібрацыі, структуры механічнай вібрацыйнай сістэмы (у тым ліку апорнага механізму) і працоўнай частаты. Такім чынам, пры распрацоўцы ультрагукавых пераўтваральнікаў варта ўлічваць розныя фактары, такія як акустычны імпеданс, частотная характарыстыка, адпаведнасць імпедансу, акустычная структура, рэжым вібрацыі і матэрыялы для пераўтварэння, а таксама тое, як распрацоўваць і каардынаваць гэтыя фактары для дасягнення найлепшага значэння электраакустычнага пераўтварэння.

П'езаэлектрычны керамічны пераўтваральнік - гэта электронны керамічны матэрыял з п'езаэлектрычнымі характарыстыкамі. Асноўнае адрозненне ад тыповага п'езаэлектрычнага крышталя кварца, які не ўтрымлівае сегнетоэлектрычных кампанентаў, заключаецца ў тым, што крышталічныя фазы, якія складаюць яго асноўныя кампаненты, з'яўляюцца сегнетоэлектрычнымі крыштальнымі зернямі. Паколькі п'езакераміка ўяўляе сабой полікрышталічныя агрэгаты з хаатычна арыентаванымі зернямі, вектар спантаннай палярызацыі кожнага сегнетоэлектрычнага зерня таксама дэзарыентаваны. Для таго, каб праяўляла п'езакераміка s макрап'езаэлектрычныя ўласцівасці, п'езаэлектрычная кераміка павінна быць палярызавана ў моцным электрычным полі пастаяннага току пасля абпалу, а тарцавая грань падвяргаецца ўздзеянню некалькіх электродаў, так што вектар палярызацыі першапачатковай арыентацыі беспарадку пераважна арыентаваны ў напрамку электрычнага поля. Пасля палярызацыйнай апрацоўкі п'езаэлектрычная кераміка будзе падтрымліваць пэўную макраінтэнсіўнасць рэшткавай палярызацыі, каб на кераміку быў пэўны ціск.

Прымяненне п'езаэлектрычнага керамічнага пераўтваральніка

З-за бескантактавых пераваг ультрагукавой тэхналогіі паспрабуйце прымяніць п'езаэлектрычныя керамічныя ультрагукавыя пераўтваральнікі ў сістэму выяўлення канцэнтрацыі вадкасці. Чып у сістэме выкарыстоўвае FPGA серыі Spartan 3E. П'езаэлектрычны керамічны пераўтваральнік гуляе важную ролю ў перадачы і прыёме сігналаў. Ультрагукавой сігнал пэўнай частаты і амплітуды, які генеруецца пераўтваральнікам, падаецца ў вадкасць праз ланцуг перадачы. Пасля аслаблення сігналу вадкасцю сігнал з інфармацыяй аб канцэнтрацыі вадкасці можа быць атрыманы ад прыёмнага пераўтваральніка. З дапамогай аналізу метаду паслаблення гуку можна эфектыўна атрымаць прыблізную канцэнтрацыю вадкасці. Праграмнае забеспячэнне сістэмы ўключае асноўную праграму, праграму ультрагукавога вымярэння, праграму кіравання імпульсам, праграму прыёмаперадатчыка імпульсаў, праграму кіравання зборам АЦП і праграму гадзінніка і будзільніка.

У эксперыменце спачатку можна вымераць статычную вадкасць, метад ультрагукавога згасання выкарыстоўваецца для аналізу сігналу, сабранага на прыёмным канцы, канверт апрацоўваецца, і інфармацыя аб канцэнтрацыі атрымліваецца шляхам аб'яднання шляху распаўсюджвання сігналу (дыяметра трубы). Затым праводзіцца дынамічнае вымярэнне дынамічнай вадкасці, і шлях распаўсюджвання сігналу павінен улічваць хуткасць патоку вадкасці, каб вылічыць прыблізны шлях.