Arbejdsprincippet for piezoelektrisk keramisk transducer

Oversigt over piezoelektriske keramiske transducere

Piezoelektrisk keramisk transducer er sammensat af piezoelektrisk keramisk krystal og lette og tunge to metaller. Efter polariseringsbehandling ved en bestemt temperatur har det piezoelektrisk effekt. Piezoelektriske keramiske ultralydstransducere er kommet ind i menneskers forskningsfelt i lang tid. Den er nem at fremstille, har stærk kontrollerbarhed, høj følsomhed og god elektromekanisk kobling. Transducere  er  udviklet baseret på piezoelektrisk keramik, herunder effekt-ultralydstransducere og detektions-ultralydstransducere.

Ultralydsteknologi er en udbredt ikke-destruktiv testteknologi. Den er baseret på akustisk teori og bruges løbende inden for elektronik, kommunikation, medicin, biologi og fysik. I moderne detektionsteknologi får transducere udviklet ved hjælp af ultralydsteknologi mere og mere opmærksomhed på grund af deres høje følsomhed og høje nøjagtighed.

Almindeligt anvendte transducere i inspektionsprocessen er piezo-ringe-transducere, magnetostriktive transducere, elektromagnetiske akustiske transducere og lasertransducere. Den mest almindeligt anvendte er den piezoelektriske transducer, dens kernekomponent er den piezoelektriske chip. Den piezoelektriske wafer kan deformeres af trykket, hvilket fører til polarisering af selve waferen, og positive og negative bundne ladninger vises på overfladen af ​​waferen. Denne effekt er en piezoelektrisk effekt. Desuden er den piezoelektriske effekt reversibel, det vil sige, den deformeres, når en spænding påføres waferen. I detektionsprocessen kan ultralydssensoren generere ultralydsbølger ved at bruge den omvendte piezoelektriske effekt og bruge den piezoelektriske effekt til at opnå formålet med at modtage ultralydsbølger. Piezoelektriske keramiske ultralydstransducere er kommet ind i menneskers forskningsfelt i lang tid. Den er nem at fremstille, har stærk kontrollerbarhed, høj følsomhed og god elektromekanisk kobling. Transducere udviklet baseret på piezoelektrisk keramik omfatter effekt-ultralydstransducere og detektions-ultralydstransducere.

Arbejdsprincippet for piezoelektrisk keramisk transducer

Princippet for piezoelektriske keramiske transducere er, at når tryk eller spænding påføres pzt -  keramikken, genereres ladninger med modsatte polariteter i begge ender af keramikken, og strøm genereres gennem kredsløbet. Denne effekt kaldes den piezoelektriske effekt. Hvis en transducer lavet af denne piezoelektriske keramik placeres i vand, vil der under påvirkning af lydbølger blive induceret ladninger i begge ender af transduceren, som er en akustisk bølgemodtager. Derudover er den piezoelektriske effekt reversibel. Hvis der påføres et vekslende elektrisk felt på den piezoelektriske keramiske plade, vil den piezokeramiske plade fra tid til anden blive tyndere og tykkere og samtidig generere vibrationer og udsende lydbølger. Derfor er problemet med ultralydssenderen løst.

Der er to typer piezokeramiske ringkomponenter  mag netostriktiv metal og piezoelektrisk keramik. Formålet med denne artikel er at designe transducere til højeffekt mekanisk ultralydsbearbejdning, så kun piezoelektriske keramiske transducere diskuteres. Som en slags energitransmissionsnetværk har en piezoelektrisk keramisk transducer problemet med energikonverteringseffektivitet. Konverteringseffektiviteten er relateret til valget af transducermateriale, vibrationsform, struktur af mekanisk vibrationssystem (inklusive støttemekanisme) og driftsfrekvens. Derfor bør forskellige faktorer tages i betragtning ved design af ultralydstransducere, såsom akustisk impedans, frekvensrespons, impedanstilpasning, akustisk struktur, vibrationstilstand og konverteringsmaterialer, samt hvordan man designer og koordinerer disse faktorer for at opnå den bedste værdi for elektroakustisk konvertering.

Piezoelektrisk keramisk transducer er et elektronisk keramisk materiale med piezoelektriske egenskaber. Den største forskel fra en typisk piezoelektrisk kvartskrystal, der ikke indeholder ferroelektriske komponenter, er, at de krystalfaser, der udgør dens hovedkomponenter, er ferroelektriske krystalkorn. Fordi piezo- keramik er polykrystallinske aggregater med tilfældigt orienterede korn, er den spontane polarisationsvektor af hvert ferroelektrisk korn også desorienteret. For at piezokeramikken kan udvise makro piezoelektriske egenskaber, skal den piezoelektriske s keramiske polarisering i et stærkt DC elektrisk felt efter affyring, og endefladen udsættes for flere elektroder, således at polarisationsvektoren for den oprindelige forstyrrelsesorientering fortrinsvis er orienteret i retning af det elektriske felt. Efter polarisationsbehandlingen vil den piezoelektriske keramik opretholde en vis makrorestpolarisationsintensitet, således at keramikken har et vist tryk.

Anvendelse af piezoelektrisk keramisk transducer

På grund af de berøringsfrie fordele ved ultralydsteknologi, prøv at anvende piezoelektriske keramiske ultralydstransducere til væskekoncentrationsdetektionssystemet. Chippen i systemet bruger Spartan 3E series FPGA. Den piezoelektriske keramiske transducer spiller en vigtig rolle i transmission og modtagelse af signaler. Ultralydssignalet med en bestemt frekvens og amplitude genereret af transduceren drives ind i væsken gennem sendekredsløbet. Efter at signalet er dæmpet af væsken, kan signalet med væskekoncentrationsinformation modtages fra den modtagende transducer. Gennem analysen af ​​lyddæmpningsmetoden opnås effektivt den omtrentlige koncentration af væsken. Systemets softwaredesign inkluderer hovedprogrammet, ultralydsmåleprogram, pulsstyringsprogram, pulstransceiverprogram, ADC-indsamlingskontrolprogram og ur- og alarmprogram.

I eksperimentet kan den statiske væske måles først, ultralydsdæmpningsmetoden bruges til at analysere signalet, der opsamles i den modtagende ende, kuverten behandles, og koncentrationsinformationen opnås ved at kombinere signaludbredelsesvejen (rørdiameter). Derefter udføres den dynamiske måling af den dynamiske væske, og signaludbredelsesvejen skal tage højde for væskens strømningshastighed for at beregne den omtrentlige vej.