Johdatus pietsosähköiseen keraamiseen muunnintoimintoon

Pietsosähköiset muuntimet ovat ultraääniantureita, jotka on valmistettu käyttämällä tiettyjen eristeiden tuottamaa pietsosähköistä vaikutusta. Ns. pietsosähköisellä efektillä tarkoitetaan ilmiötä, että kun tietyt eristeet joutuvat sisäisten varausten polarisaatiosta johtuvaan muodonmuutokseen (mukaan lukien taivutus- ja venytysmuodonmuutos), ne synnyttävät varauksia pinnalle, kun ne muuttavat muotoaan ulkoisten voimien vaikutuksesta tiettyyn suuntaan. Pietsosähköiset materiaalit voidaan jakaa pietsosähköisiin yksikiteisiin, pietsosähköisiin monikiteisiin ja orgaanisiin pietsosähköisiin materiaaleihin. Yleisimmin käytetyt pietsosähköiset muuntimet ovat erilaisia pietsosähköinen keramiikkaputki, joka kuuluu pietsosähköisiin monikiteisiin ja kvartsikiteisiin pietsosähköisissä yksittäiskiteissä. Muita pietsosähköisiä yksikiteitä ovat litiumniobaatti, litiumtantalaatti, litiumgallaatti ja vismuttigermanaatti, jotka sopivat korkean lämpötilan säteilyympäristöihin.

Johdatus pietsosähköisten keraamisten antureiden ominaisuuksiin

Pietsosähköiseen keramiikkaan kuuluvat binäärijärjestelmään kuuluva bariumtitanaattikeramiikka, lyijyzirkonaattititanaattisarjan keramiikka, niobaattisarjan keramiikka ja kolmiosaiseen järjestelmään kuuluva lyijymagnesiumniobaattikeramiikka. Edut mukautetut pietsosähköiset puolipallot ovat kätevää polttoa, helppoa muotoilua, kosteudenkestävyyttä ja korkeita lämpötiloja. Haittana on, että siinä on pyrosähköisyys, mikä häiritsee mekaanisten suureiden mittaamista. Pietsosähköisiä materiaaleja ovat yli kymmenen erilaista polymeerimateriaalia, kuten polyvinylideenifluoridi, polyvinyylifluoridi ja nailon. Pietsosähköisiä materiaaleja voidaan valmistaa massatuotantona ja valmistaa suurempia alueita. Sillä on ainutlaatuisia etuja sovittaessaan yhteen ilman akustisen vastuksen kanssa, ja se on uudentyyppinen sähköakustinen materiaali, jolla on suuri kehityspotentiaali. 1960-luvulta lähtien on löydetty kiteitä, joilla on sekä puolijohdeominaisuuksia että pietsosähköisiä ominaisuuksia, kuten sinkkisulfidia, sinkkioksidia ja kalsiumsulfidia. PZT-materiaalin käytöstä voidaan tehdä uudenlainen pietsosähköinen anturi, joka integroi herkkiä komponentteja ja elektronisia piirejä, mikä on erittäin lupaavaa.

Pietsosähköisen anturin sovellus: Pietsosähköisellä keramiikka-anturilla on yksinkertainen rakenne, pieni koko, pieni massa, alhainen virrankulutus, pitkä käyttöikä, erityisesti sillä on hyvät dynaamiset ominaisuudet, joten se soveltuu laajaan jaksollisen voiman kaistaan ​​ja nopeaan iskuvoiman muutokseen.

Pietsosähköisen keraamisen anturin dynaaminen mittaus

Pietsosähköisiä antureita voidaan käyttää vain dynaamiseen mittaukseen

Koska pietsosähköiseen elementtiin vaikuttavan ulkoisen voiman synnyttämä varaus voidaan varastoida vain ilman vuotoa, eli mittauksen tuloimpedanssin tulee olla ääretön, mikä on käytännössä mahdotonta, joten pietsosähköistä anturia ei voida käyttää staattiseen mittaukseen.

Vaihtelevan voiman vaikutuksesta pietsosähköinen elementti voi jatkuvasti täydentää varausta ja syöttää tietyn virran mittauspiiriin, joten se soveltuu vain dynaamiseen mittaukseen (yleensä sen on oltava suurempi kuin 100 Hz, mutta yli 50 kHz herkkyys laskee).

Pietsosähköisen keraamisen anturin mittaus:

(1) Voimanmittaus Pietsosähköiset anturit käyttävät pääasiassa pitkittäis- ja leikkauspietsosähköisiä vaikutuksia pietsokeraamiset kiekkokvartsikiteet, koska kvartsikiteillä on suuri jäykkyys, alhainen hystereesi, korkea herkkyys, hyvä lineaarisuus, laaja toimintataajuus ja alhainen pyrosähköisyys. Yksisuuntaisen voiman mittaamisen lisäksi voima-anturi voi käyttää useita eri leikkaussuunnaisia ​​kiteitä mittaamaan monisuuntaista voimaa riippuen sen erilaisista pietsosähköisistä vaikutuksista, kuten tilavoiman Fx, Fy, Fz kolmisuuntaisesta komponenttivoimasta.

(2) Paineenmittaus: Pietsosähköiset paineanturit käyttävät pääasiassa elastisia elementtejä (kalvo, mäntä jne.) keräämään painetta ja muuttumaan kiteen vaikuttavaksi voimaksi, koska elastisessa elementissä käytetyn PZT-materiaalin ominaisuudet vaikuttavat suuresti anturin ominaisuuksiin.

(3) Kiihtyvyysmittaus: Pietsosähköinen kiihtyvyysanturi käyttää massaa, joka painetaan kiteitä vasten esikuormitusvoimalla. Kun mittauskiihtyvyys vaikuttaa, pietsokiin kohdistuu inertiavoima, joka tuottaa pietsosähköisen vaikutuksen. Siksi massan laatu määrää anturin herkkyyden ja vaikuttaa myös anturin suurtaajuusvasteeseen.