Pietsosähköisen keraamisen muuntimen toimintaperiaate

Yleiskatsaus pietsosähköiset keraamiset muuntimet

Pietsosähköinen keraaminen muunnin koostuu pietsosähköisestä keraamisesta kiteestä sekä kevyestä ja raskaasta kahdesta metallista. Tietyssä lämpötilassa suoritetun polarisaatiokäsittelyn jälkeen sillä on pietsosähköinen vaikutus. Pietsosähköiset keraamiset ultraäänianturit ovat tulleet ihmisten tutkimuskenttään jo pitkään. Se on helppo valmistaa, sillä on vahva ohjattavuus, korkea herkkyys ja hyvä sähkömekaaninen kytkentä. Pietsosähköiseen keramiikkaan muuntimet  perustuvat  sisältävät teho-ultraäänianturit ja tunnistus-ultraäänimuuntimet.

Ultraäänitekniikka on laajalti käytetty tuhoamaton testaustekniikka. Se perustuu akustiseen teoriaan ja sitä käytetään jatkuvasti elektroniikan, viestinnän, lääketieteen, biologian ja fysiikan aloilla. Nykyaikaisessa tunnistustekniikassa ultraäänitekniikalla kehitetyt muuntimet saavat yhä enemmän huomiota niiden korkean herkkyyden ja suuren tarkkuuden vuoksi.

Tarkastusprosessissa yleisesti käytettyjä muuntimia ovat pietsorengasmuuntimet, magnetostriktiiviset anturit, sähkömagneettiset akustiset muuntimet ja lasermuuntimet. Yleisimmin käytetty on pietsosähköinen muunnin, jonka ydinkomponentti on pietsosähköinen siru. Pietsosähköinen kiekko voi muuttaa muotoaan paineen vaikutuksesta, mikä johtaa itse kiekon polarisaatioon ja kiekon pinnalle ilmaantuu positiivisia ja negatiivisia sitoutuneita varauksia. Tämä efekti on pietsosähköinen efekti. Lisäksi pietsosähköinen vaikutus on palautuva, eli se muuttaa muotoaan, kun kiekkoon syötetään jännite. Havaintoprosessissa ultraäänianturi voi tuottaa ultraääniaaltoja käyttämällä käänteistä pietsosähköistä vaikutusta ja käyttää pietsosähköistä vaikutusta ultraääniaaltojen vastaanottamisen tarkoituksen saavuttamiseksi. Pietsosähköiset keraamiset ultraäänianturit ovat tulleet ihmisten tutkimuskenttään jo pitkään. Se on helppo valmistaa, sillä on vahva ohjattavuus, korkea herkkyys ja hyvä sähkömekaaninen kytkentä. Pietsosähköiseen keramiikkaan kehitettyihin muuntimiin kuuluvat teho-ultraäänimuuntimet ja tunnistusultraäänimuuntimet.

Pietsosähköisen keraamisen muuntimen toimintaperiaate

Pietsosähköisten keraamisten muuntimien periaate on, että kun pzt-  keramiikkaan kohdistetaan painetta tai jännitystä, keramiikan molemmissa päissä syntyy vastakkaisia ​​polariteettia olevia varauksia ja virtaa syntyy piirin läpi. Tätä vaikutusta kutsutaan pietsosähköiseksi efektiksi. Jos tästä pietsosähköisestä keramiikasta valmistettu anturi asetetaan veteen, ääniaaltojen vaikutuksesta lataukset indusoituvat muuntimen, joka on akustisen aallon vastaanotin, molemmissa päissä. Lisäksi pietsosähköinen vaikutus on palautuva. Jos pietsosähköiseen keraamiseen levyyn kohdistetaan vaihtuva sähkökenttä, pietsosähköinen keraaminen levy ohenee ja paksunee ajoittain ja tuottaa samalla tärinää ja ääniaaltoja. Siksi ultraäänilähettimen ongelma on ratkaistu.

On olemassa kahdenlaisia pietsokeraamiset rengaskomponentit  mag netostriktiivista metallia ja pietsosähköistä keramiikkaa. Tämän artikkelin tarkoituksena on suunnitella muuntimia suuritehoiseen mekaaniseen ultraäänikoneistukseen, joten käsitellään vain pietsosähköisiä keraamisia muuntimia. Eräänlaisena energiansiirtoverkona pietsosähköisellä keraamisella muuntimella on energian muuntotehokkuuden ongelma. Muunnostehokkuus liittyy anturin materiaalin valintaan, värähtelymuotoon, mekaanisen värähtelyjärjestelmän rakenteeseen (mukaan lukien tukimekanismi) ja toimintataajuuteen. Siksi ultraääniantureiden suunnittelussa tulisi ottaa huomioon erilaisia ​​tekijöitä, kuten akustinen impedanssi, taajuusvaste, impedanssin sovitus, akustinen rakenne, värähtelytila ​​ja muunnosmateriaalit sekä kuinka suunnitella ja koordinoida nämä tekijät parhaan sähköakustisen muunnosarvon saavuttamiseksi.

Pietsosähköinen keraaminen muunnin on elektroninen keraaminen materiaali, jolla on pietsosähköiset ominaisuudet. Suurin ero tyypilliseen pietsosähköiseen kvartsikiteeseen, joka ei sisällä ferrosähköisiä komponentteja, on se, että sen pääkomponentit muodostavat kidefaasit ovat ferrosähköisiä kiderakeita. Koska pietsokeramiikka on monikiteisiä aggregaatteja, joissa on satunnaisesti suuntautuneita rakeita, jokaisen ferrosähköisen rakeen spontaani polarisaatiovektori on myös disorientoitunut. Jotta pietsosähköinen keramiikka s osoittaisi makropietsosähköisiä ominaisuuksia, pietsosähköinen keramiikka on polarisoitava voimakkaassa tasavirtasähkökentässä polton jälkeen, ja päätypintaan on kohdistettava useita elektrodeja, jotta alkuperäisen häiriöorientaation polarisaatiovektori on ensisijaisesti suunnattu sähkökentän suuntaan. Polarisaatiokäsittelyn jälkeen pietsosähköinen keramiikka säilyttää tietyn makrojäännöspolarisaation intensiteetin, joten keramiikassa on tietty paine.

Pietsosähköisen keraamisen muuntimen käyttö

Ultraäänitekniikan kosketuksettomien etujen vuoksi yritä soveltaa pietsosähköiset keraamiset ultraäänianturit nestepitoisuuden tunnistusjärjestelmään. Järjestelmän siru käyttää Spartan 3E -sarjan FPGA:ta. Pietsosähköisellä keraamisella muuntimella on tärkeä rooli signaalien lähettämisessä ja vastaanottamisessa. Anturin tuottama tietyn taajuuden ja amplitudin ultraäänisignaali ohjataan nesteeseen lähetyspiirin kautta. Sen jälkeen, kun neste on vaimentanut signaalin, signaali nestepitoisuusinformaatiolla voidaan vastaanottaa vastaanottavalta anturilta. Äänenvaimennusmenetelmän analyysin avulla saadaan tehokkaasti nesteen likimääräinen pitoisuus. Järjestelmän ohjelmistosuunnittelu sisältää pääohjelman, ultraäänimittausohjelman, pulssinohjausohjelman, pulssilähetin-vastaanotinohjelman, ADC-keräyksen ohjausohjelman sekä kello- ja hälytysohjelman.

Kokeessa voidaan ensin mitata staattinen neste, ultraäänivaimennusmenetelmällä analysoidaan vastaanottopäästä kerätty signaali, verhokäyrä käsitellään ja pitoisuustieto saadaan yhdistämällä signaalin etenemisreitti (putken halkaisija). Sitten suoritetaan dynaamisen nesteen dynaaminen mittaus, ja signaalin etenemisreitin on otettava huomioon nesteen virtausnopeus likimääräisen reitin laskemiseksi.