کاربرد مبدل سرامیکی پیزوالکتریک در محدوده یاب التراسونیک

در 20 سال گذشته، مبدل های سرامیکی پیزوالکتریک به سرعت در داخل و خارج از کشور توسعه یافته اند. به دلیل تولید ساده، هزینه کم و پایداری خوب، به طور گسترده در زمینه های الکترونیک، نور، گرما و آکوستیک مورد استفاده قرار گرفته است و توسعه گسترده ای دارد. چشم انداز مبدل های اولتراسونیک ساخته شده از سرامیک های پیزوالکتریک می توانند امواج اولتراسونیک با جهت دهی خوب تولید کنند. آنها برای اندازه‌گیری پارامترهایی مانند سرعت و مسافت ایده‌آل هستند و می‌توانند پایدار و قابل اطمینان حتی در شرایط محیطی سخت کار کنند.

مبدل های اولتراسونیک پیزوالکتریک با استفاده از اثر پیزوالکتریک مواد پیزوالکتریک ساخته می شوند. مواد پیزوالکتریک قطبی شده تحت تأثیر میدان الکتریکی اعمال شده تحت تغییر شکل مکانیکی قرار می گیرند. این اثر پیزوالکتریک معکوس نامیده می شود. برعکس، تغییر شکل مکانیکی مواد پیزوالکتریک نیز ولتاژی ایجاد می کند که به آن اثر پیزوالکتریک مثبت می گویند. با استفاده از اثر پیزوالکتریک معکوس، ولتاژ فرکانس بالا را می توان به ارتعاش مکانیکی با فرکانس بالا برای تولید امواج اولتراسونیک تبدیل کرد. از اثر پیزوالکتریک مثبت نیز می توان برای تبدیل ارتعاش اولتراسونیک دریافتی به سیگنال الکتریکی استفاده کرد. مبدل اولتراسونیک اینگونه عمل می کند. یک مبدل اندازه‌گیری فاصله را می‌توان به عنوان یک شبکه چهار پایانه J که یک انتهای الکتریکی و یک انتهای مکانیکی دارد در نظر گرفت. نیروی F و سرعت انتهای مکانیکی، ولتاژ و جریان پایانه الکتریکی با یکدیگر خطی هستند، که در آن z یک ولتاژ ثابت است (یا امپدانس الکتریکی یک اتصال کوتاه الکتریکی؛ رسانایی الکتریکی در سرعت ثابت؛ A ضریب نیرو نامیده می‌شود، و این پارامترها عموماً تابعی از فرکانس هستند.

انتخاب مواد پیزوالکتریک

مواد پیزوالکتریک برای ساخت مبدل سنسور اولتراسونیک شامل تک کریستال های پیزوالکتریک، سرامیک های پیزوالکتریک پلی کریستال، پلیمرهای پیزوالکتریک بالا و مواد کامپوزیت پیزوالکتریک است. در میان آنها، سرامیک های پیزوالکتریک تیتانات زیرکونات دارای مزایای استحکام مکانیکی بالا، مقاومت در برابر دما و رطوبت، هزینه کم و اثر جفت الکترومکانیکی خوب هستند و به طور گسترده در مبدل های اولتراسونیک استفاده می شوند. مبدل اولتراسونیک در محدوده یاب اولتراسونیک از سرامیک پیزوالکتریک تیتانات سرب زیرکونات به عنوان ماده ویبره استفاده می کند.