Introduktion til piezoelektrisk keramisk transducerfunktion

Piezoelektriske transducere er ultralydssensorer fremstillet ved at bruge den piezoelektriske effekt, der produceres af visse dielektrika. Den såkaldte piezoelektriske effekt refererer til det fænomen, at når visse dielektrika undergår deformation (herunder bøjning og strækningsdeformation) på grund af polarisering af indre ladninger, vil de generere ladninger på deres overflade, når de deformeres af eksterne kræfter i en bestemt retning. Piezoelektriske materialer kan opdeles i piezoelektriske enkeltkrystal, piezoelektriske polykrystallinske og organiske piezoelektriske materialer. De mest almindeligt anvendte piezoelektriske transducere er forskellige typer piezoelektriske keramikrør tilhørende piezoelektriske polykrystaller og kvartskrystaller i piezoelektriske enkeltkrystaller. Andre piezoelektriske enkeltkrystaller omfatter lithiumniobat, lithiumtantalat, lithiumgallat og vismutgermanat, der er egnet til højtemperaturstrålingsmiljøer.

Introduktion til egenskaberne ved piezoelektriske keramiske sensorer

Piezoelektrisk keramik omfatter bariumtitanatkeramik, der tilhører det binære system, blyzirkonattitanat-seriens keramik, niobat-seriens keramik og blymagnesiumniobat-keramik, der tilhører det ternære system. Fordelene ved brugerdefinerede piezoelektriske halvkugler er bekvem affyring, nem formning, fugtighedsbestandighed og høj temperaturbestandighed. Ulempen er, at den har pyroelektricitet, som vil forstyrre måling af mekaniske størrelser. Piezoelektriske materialer omfatter mere end ti slags polymermaterialer såsom polyvinylidenfluorid, polyvinylfluorid og nylon. Piezoelektriske materialer kan masseproduceres og laves til større områder. Det har unikke fordele ved at matche luftens akustiske modstand og er en ny type elektroakustisk materiale med stort udviklingspotentiale. Siden 1960'erne er krystaller med både halvlederegenskaber og piezoelektriske egenskaber, såsom zinksulfid, zinkoxid og calciumsulfid, blevet opdaget. Brugen af ​​PZT-materiale kan gøres til en ny type piezoelektrisk sensor, der integrerer følsomme komponenter og elektroniske kredsløb, hvilket er meget lovende.

Anvendelsen af ​​piezoelektrisk sensor: piezoelektrisk keramisk sensor har enkel struktur, lille størrelse, lille masse, lavt strømforbrug, lang levetid, især den har gode dynamiske egenskaber, så den er velegnet til et bredt bånd af periodisk kraft og højhastighedsændring af slagkraft.

dynamisk måling af piezoelektrisk keramisk sensor

Piezoelektriske sensorer kan kun bruges til dynamisk måling

Fordi ladningen genereret af den eksterne kraft, der virker på det piezoelektriske element, kun kan lagres uden lækage, det vil sige, at målingen skal have en uendelig indgangsimpedans, hvilket er praktisk talt umuligt, så den piezoelektriske sensor kan ikke bruges til statisk måling.

Under påvirkning af vekslende kraft kan det piezoelektriske element kontinuerligt supplere ladningen og kan levere en vis strøm til målekredsløbet, så det er kun egnet til dynamisk måling (generelt skal det være højere end 100Hz, men over 50kHz falder følsomheden).

Måling af piezoelektrisk keramisk sensor:

(1) Kraftmåling Piezoelektriske sensorer bruger hovedsageligt de langsgående og forskydnings piezoelektriske effekter af piezo keramiske skive kvartskrystaller, fordi kvartskrystaller har stor stivhed, lav hysterese, høj følsomhed, god linearitet, bred driftsfrekvens og lav pyroelektricitet. Ud over at måle den ensrettede kraft, kan kraftsensoren også bruge flere krystaller med forskellige skæreretninger til at måle multi-retningskraft afhængigt af dens forskellige piezoelektriske effekter, såsom den tre-retnings komponentkraft af den rumlige kraft Fx, Fy, Fz

(2) Trykmåling: Piezoelektriske tryksensorer bruger hovedsageligt elastiske elementer (membran, stempel osv.) til at samle tryk og blive en kraft, der virker på krystallen, fordi egenskaberne af PZT-materialet, der anvendes i det elastiske element, har stor indflydelse på sensorens egenskaber.

(3) Accelerationsmåling: Den piezoelektriske accelerationssensor bruger massen, der skal presses mod krystallen ved forbelastningskraft. Når måleaccelerationen virker, vil piezokrystallen blive udsat for en inertikraft, som giver en piezoelektrisk effekt. Derfor bestemmer kvaliteten af ​​massen sensorens følsomhed og påvirker også sensorens højfrekvensrespons.