اصل کار و کاربرد سنسور اولتراسونیک پیزوالکتریک

اصل کار از سنسور اولتراسونیک پیزوالکتریک عمدتاً بر اساس اثر پیزوالکتریک است که از اجزای الکتریکی و سایر ماشین آلات برای تبدیل فشار مورد اندازه گیری به الکتریسیته استفاده می کند و سپس اندازه گیری مربوطه را انجام می دهد. اندازه گیری ابزار دقیق، مانند بسیاری از فرستنده های فشار و سنسورهای فشار. سنسورهای اولتراسونیک پیزوالکتریک را نمی توان در اندازه گیری های استاتیک استفاده کرد. دلیل آن این است که بار پس از قرار گرفتن در معرض نیروی خارجی تنها زمانی قابل حفظ است که مدار دارای مقاومت ورودی نامحدود باشد. در زیر ارائه شده است، اجازه دهید به طور خلاصه در مورد کاربرد اصل کار سنسورهای اولتراسونیک پیزوالکتریک صحبت کنیم!

واقعی سنسورهای اولتراسونیک آردوینو فقط در اندازه گیری دینامیک قابل استفاده هستند. مواد اصلی پیزوالکتریک آن عبارتند از: دی هیدروژن فسفات، سدیم پتاسیم تارتارات و کوارتز. اثر پیزوالکتریک روی کوارتز یافت می شود. هنگامی که تنش تغییر می کند، میدان الکتریکی بسیار کمی تغییر می کند و برخی از کریستال های پیزوالکتریک دیگر جایگزین کوارتز می شوند. تارتارات سدیم پتاسیم، دارای ضریب پیزوالکتریک و حساسیت پیزوالکتریک زیادی است، اما فقط در محیط های بسته که رطوبت و دما نسبتاً پایین است می توان از آن استفاده کرد. فسفات یک کریستال مصنوعی است، می توان از آن در محیط های با رطوبت و دمای بالا استفاده کرد، بنابراین کاربرد آن بسیار گسترده است. با توسعه فناوری، اثر پیزوالکتریک برای پلی کریستال ها نیز اعمال شده است. به عنوان مثال: سرامیک های پیزوالکتریک، سرامیک های پیزوالکتریک اسید منیزیم نیوبات، سرامیک های پیزوالکتریک سری نیوبات و سرامیک های پیزوالکتریک تیتانات باریم همگی شامل می شوند.

سنسور اولتراسونیک اثر پیزوالکتریک، تبدیل الکترومکانیکی و حسگر خود تغذیه است. اجزای حساس آن از مواد پیزوالکتریک ساخته شده است و هنگامی که مواد پیزوالکتریک تحت تأثیر نیروی خارجی قرار می گیرند، بارهایی بر روی سطح آن تشکیل می شود. بارها از تقویت کننده شارژ، تقویت مدار اندازه گیری و تبدیل امپدانس عبور می کنند. به توان خروجی متناسب با نیروی خارجی دریافتی تبدیل می شود.

پارامترهای فنی سنسورهای اولتراسونیک پیزوالکتریک

سنسور مجاورت اولتراسونیک ثابت پیزوالکتریک پارامتری است که قدرت اثر پیزوالکتریک یک ماده را اندازه گیری می کند و مستقیماً با حساسیت خروجی پیزوالکتریک مرتبط است. ثابت الاستیک و سفتی مواد پیزوالکتریک، فرکانس طبیعی و ویژگی های دینامیکی دستگاه های پیزوالکتریک را تعیین می کند. برای یک عنصر پیزوالکتریک با شکل و اندازه معین، ظرفیت ذاتی آن به ثابت دی الکتریک مربوط می شود و ظرفیت ذاتی بر حد فرکانس پایین سنسور اولتراسونیک پیزوالکتریک تأثیر می گذارد.

در اثر پیزوالکتریک، ضریب جفت مکانیکی برابر است با ریشه دوم نسبت انرژی خروجی تبدیل شده (مانند انرژی الکتریکی) به انرژی ورودی (مانند انرژی مکانیکی). این یک پارامتر مهم برای اندازه گیری بازده تبدیل انرژی الکترومکانیکی مواد پیزوالکتریک است.

مقاومت عایق مواد پیزوالکتریک سنسور مجاورت اولتراسونیک نشت شارژ را کاهش می دهد و در نتیجه ویژگی های فرکانس پایین سنسورهای اولتراسونیک پیزوالکتریک را بهبود می بخشد. دمایی که در آن مواد پیزوالکتریک شروع به از دست دادن خواص پیزوالکتریک خود می کنند، دمای نقطه کوری نامیده می شود.