Feidhmchláir Tábhachtacha Criadóireacht Piezoelectric

                           Feidhmchláir Tábhachtacha Criadóireacht Piezoelectric

Baineadh úsáid go forleathan as criadóireacht piezoelectric mar gheall ar a piezoelectricity agus éagsúlacht na n-airíonna leictrimheicniúla de bharr piezoelectricity. Mar gheall ar an éagsúlacht leathan feistí ceirmeacha piezoelectric agus a raon leathan iarratas, tá sé deacair iad a rangú go docht ag baint úsáide as modh simplí. Is féidir iarratais ghinearálta a roinnt go ginearálta ina dhá chatagóir: vibrators piezoelectric agus trasducers piezoelectric.

1. Transducer

Tá éagsúlacht ag baint le cur i bhfeidhm na héifeachta piezoelectric, agus is é ceann de na cinn is tábhachtaí ná tréithe s a úsáid.  trasducers Tá sé tréith comhshó fuinnimh , is  é  an éifeacht an leictreachais i bhfeidhm ar an ceirmeach piezoelectric, T he is féidir fuinneamh leictreach a thiontú go fuinneamh meicniúil tríd an éifeacht voltas droim ar ais; Tiontaíonn an éifeacht leictreach fuinneamh meicniúil go fuinneamh leictreach. Úsáideann daoine an mhaoin fhisiceach seo de chriadóireacht piezoelectric chun go leor cineálacha feistí piezoelectric a mhonarú, a úsáidtear go forleathan i gcumarsáid faoi uisce, ultrafhuaime, adhainte ardvoltais agus réimsí eile.

1, igniter ceirmeach piezoelectric

Is gléas é seo a thiontaíonn fórsa meicniúil ina splancacha leictreacha chun ábhair indóite a adhaint. Is trasduchtóir leictrimheicniúla é. I 1958, bhí sé ar thús cadhnaíochta maidir le húsáid éifeacht piezoelectric de chriadóireacht titanáit bhairiam (BaTiO3) le haghaidh adhainte. An ráta adhainte de seo slat piezo eilimint piezo ard, agus tá an torann mór. Níl I 1962, baineadh úsáid as criadóireacht piezoelectric titanate siorcónáit luaidhe (PZT) chun adhainte a dhéanamh. Úsáidtear an cineál adhainte seo go forleathan sa saol laethúil, i dtáirgeadh tionsclaíoch agus i ngnóthaí míleata, agus úsáidtear é chun gáis, pléascáin agus roicéid éagsúla a adhaint agus a mhadhmadh.

(1) Bunphrionsabal: Tá próiseas oibre an igniter roinnte ina thrí chéim: giniúint ardvoltais, adhainte urscaoilte agus adhainte gáis indóite. Giniúint ardvoltais - Glac eilimintí ceirmeacha piezoelectric sorcóireacha mar shampla, nuair a ghníomhaíonn an fórsa meicniúil F ar an sorcóir, déanfar an criostail a shaobhadh, rud a fhágann go n-aistreofar lár na muirear dearfach agus diúltach sa chriostail, ionas go mbeidh líon mór muirear saor in aisce le feiceáil ar dhromchlaí uachtaracha agus íochtaracha an sorcóra a charnadh, tá aschur ardvoltais á tháirgeadh aige. Is é an voltas aschuir ná: V=ga3Fh/A, áit a bhfuil A——achar trasghearrtha an tsorcóra; h——airde an tsorcóra; ga3—— tairiseach an voltais piezoleictreach. Adhainte urscaoilte - cuir an eilimint ceirmeach piezoelectric i gciorcad dúnta agus fág bearna ceart. Nuair a ardaíonn an voltas go dtí voltas urscaoilte na bearna, ginfear spréach urscaoilte sa bhearna. Gás indóite a adhaint - ní furasta gás breosla ginearálta a dhó, mar sin is mó a úsáidtear eatán atá éasca le gásúchán. D'fhonn an t-am scaoilte a shíneadh agus an spréach a chosc ó mhúchadh ró-tapa, chun an ráta adhainte a mhéadú. Is féidir friotóir cuí a nascadh i sraith ag an deireadh urscaoilte.

 

(2) Is iomaí cineál adhainte atá i struchtúr agus prionsabal oibre an adhainte , agus glactar leis an igniter piezoelectric tí mar shampla chun a struchtúr agus a phrionsabal oibre a léiriú. Is féidir é a shocrú ar an gcócaire tí chun an gás a adhaint, an lasc cam a chasadh, úsáid  a bhaint as an gcuid atá ag brúchtadh den cham chun an bloc tionchair a bhrú, agus an earrach taobh thiar den bhloc tionchair a chomhbhrú. Nuair a bhriseann an chuid protruding den cam ar shiúl ón mbloc tionchair, mar gheall ar fhórsa leaisteacha an earraigh, tugann an bloc tionchair fórsa tionchair don eilimint piezoelectric  piezo ceirmeach ., a ghineann ardvoltas ag an dá cheann den eilimint piezoelectric, agus aschuir ardvoltais ón leictreoid lár chun spréach leictreach a ghiniúint chun an gás a adhaint.

 

2. Transducer fuaimiúil faoi uisce

Is gléas trasducer é trasduchtóir fuaimiúil faoi uisce a úsáidtear le haghaidh cumarsáide agus braite faoi uisce. Tá a fhios ag daoine go bhfuil cumarsáid agus braite aeir ag brath go príomha ar thonnta leictreamaighnéadacha, mar shampla cumarsáid raidió agus trealamh radair, etc., go léir ag brath ar thonnta leictreamaighnéadacha chun faisnéis a tharchur san aer. Ní féidir tonnta leictreamaighnéadacha a úsáid le haghaidh cumarsáide agus braite faoi uisce. Tá sé seo toisc go bhfuil caillteanas mór iomadú uisce ag tonnta leictreamaighnéadacha, agus beidh siad á n-ionsú ag duine nach bhfuil ag taisteal i bhfad. Mar sin féin, tá caillteanas iomadú na dtonnta fuaime in uisce an-bheag, mar sin úsáideann cumarsáid agus braite faoi uisce go príomha Úsáidtear tonnta fuaime chun faisnéis a tharchur, agus tugtar córais sonar ar na hionstraimí a ghineann agus a bhrath tonnta fuaime. Is uirlisí fíor-riachtanacha iad córais sonóra le haghaidh loingseoireacht faoi uisce, cumarsáid, aimsiú fomhuirí agus scoileanna éisc, agus taighde mara. Déanann daoine comparáid idir sonar san uisce agus radar san aer, agus is trasduchtóirí fuaimiúla faoi uisce iad súile agus cluasa an chórais sonar. Thosaigh taighde ar thrasduchtóirí fuaimiúla faoi uisce sa Chéad Chogadh Domhanda. D'úsáid Langevin na Fraince criostail Grianchloch ar dtús chun trasduchtóirí fuaimiúla faoi uisce a dhéanamh bunaithe ar an éifeacht piezoelectric. Cé go raibh an transducer fuaimiúil faoi uisce a chruthaigh Lang Zhiwan teoranta ag coinníollacha teicniúla ag an am agus nár úsáideadh i ndáiríre ar fhomhuirí domhainfharraige, chuir sé go mór le forbairt na heolaíochta fuaimiúla faoi uisce sa todhchaí. Úsáideann an trasducer Langevin éifeacht voltais droim ar ais na criostail Grianchloch chun tonnta fuaime a astú isteach san uisce, faigheann feadán criadóireachta piezo na dtonnta fuaime a chuirtear ar ais ón uisce tríd an éifeacht dearfach voltais, agus déanann sé roinnt tomhais faoi uisce de réir am cómhalartach na dtonnta fuaime cuisle.

Tá taighde domhain córasach déanta ag daoine ar trasduchtóirí fuaimiúla piezoelectric faoi uisce chun iad a dhéanamh praiticiúil. Mar sin féin, ba iad na príomhábhair piezoelectric a úsáideadh ag an am sin ná criostail piezoelectric intuaslagtha in uisce - salann Roche agus dé-ocsafosfáit photaisiam. Go déanach sna 1950idí, bhí criadóireacht piezoelectric le feiceáil. Is beagnach an t-ábhar piezoelectric is mó a roghnaíonn daoine trasduchtóirí fuaimiúla faoi uisce a dhéanamh le criadóireacht piezoelectric. Toisc go bhfuil go leor saintréithe aige nach raibh criostail piezoelectric san am atá caite, tá sé anois ar an ábhar piezoelectric is idéalach chun trasduchtóirí fuaimiúla faoi uisce a dhéanamh, agus níl aon ábhar eile ann a d'fhéadfadh a mheaitseáil. Is iad seo a leanas na príomhbhuntáistí a bhaineann le trasduchtóirí fuaimiúla ceirmeacha piezoelectric faoi uisce:

(1) Níl gá le voltas agus coil claonta DC, tá an córas creathadh simplí;

(2) Tá an trasducer ceirmeach piezoelectric beag i méid agus tá tréithe den scoth aige;

(3) Is féidir trasduchtóirí ceirmeacha piezoelectric a dhéanamh ar aon chruth de réir mar is gá.

Is iad trasducers piezoelectric an cineál trasducers is mó a úsáidtear i réimse na teicneolaíochta fuaimiúla faoi uisce. Ní mór go mbeadh minicíocht oibriúcháin, comhéifeacht cúplála leictrimheicniúla, comhéifeacht comhshó leictrimheicniúla, fachtóir cáilíochta, tréithe minicíochta, tréithe impedance, tréithe treorach, tréithe aimplitiúid, íogaireacht tarchurtha, íogaireacht glactha, cumhacht tarchuradóra, airíonna cobhsaíochta teochta agus ama, neart meicniúil agus meáchan, ag táscairí feidhmíochta trasducers fuaimiúla faoi uisce. ceanglais innéacs de réir a úsáide agus ócáidí iarratais.

Dara, an vibrator piezoelectric

Tar éis an chuma ar Criadóireacht piezoelectric PZT , is féidir scagairí ceirmeacha a dhéanamh . Is féidir scagairí ceirmeacha le minicíochtaí éagsúla a dhéanamh trí úsáid a bhaint as modhanna creathadh éagsúla de chreathadh piezoelectric. Is é an modh creathadh is luaithe a chuirtear i bhfeidhm ná creathadh gathacha nó creathadh contour, rud a fhágann go bhfuil scagaire 455kHz. Níos déanaí, d'fhorbair minicíocht na scagairí ceirmeacha go dtí an dá cheann, leis an deireadh ard a bhaint amach 10MHz agus an deireadh íseal a bhaint amach faoi bhun 1kHz. Mar gheall ar chur i bhfeidhm an modh gaiste fuinnimh, tá minicíocht an scagaire ceirmeach chomh hard le 100MHz, tá an scagaire tonn fuaimiúil dromchla excited ag an transducer interdigital bainte amach os cionn 1GHz, agus an minicíocht is airde an dromchla scagaire tonn fuaimiúil ag baint úsáide as criadóireacht piezoelectric mar an tsubstráit a bheith Suas le 630MHz.

Is vibrator é an claochladán piezoelectric freisin i dtéarmaí a chur i bhfeidhm, agus is é a struchtúr bunúsach ná dhá shraith leictreoid a shocrú ar an gcomhlacht ceirmeach piezoelectric chun ceithre chríochfort a fhoirmiú. Nuair a chuirtear comhartha leictreach leis an taobh bunscoile déanann sé athshondas, agus tá aschur ag an taobh tánaisteach. Ar an mbealach seo, oibríonn sé mar chlaochladán ag an am athshondas. Thosaigh an taighde ar chlaochladáin piezoelectric níos luaithe. Níl sé éasca cumhacht agus voltas tiomána claochladáin piezoelectric déanta as criadóireacht monolithic a mhéadú. Déantar an claochladán piezoelectric ilchiseal a mhonarú leis an teicneolaíocht ilchodach ilchiseal céanna leis an teicneolaíocht déantúsaíochta toilleora monolithic, agus tá a chumhacht agus a voltas tiomána feabhsaithe go mór, rud a leathnaíonn raon feidhme an claochladáin piezoelectric tuilleadh.

 

1. Trasfhoirmeoir piezoelectric

Forbraíodh claochladáin piezoelectric ó na 1950idí. Ag an am sin, baineadh úsáid as titanate bhairiam mar phríomhábhar. Tá an cóimheas treisithe íseal (ach 50 ~ 60 uair). Tá an voltas aschuir thart ar 3000V. Le teacht chun cinn na n-ábhar ceirmeach piezoelectric titanate siorcónáit luaidhe, méadaítear an cóimheas céim suas go 300 ~ 500 uair, agus de réir a chéile déantar é a shaothrú agus a úsáid i teilifíseáin, cóipeálaithe leictreastatacha, agus gineadóirí ian diúltacha mar sholáthairtí cumhachta ardvoltais.

(1) Bunphrionsabail. Déantar an t-ionchur fuinnimh creathadh leictreach chuig an gceirmeach piezoelectric a thiontú go fuinneamh creathadh meicniúil tríd an éifeacht piezoelectric inbhéartach, agus ansin é a thiontú go fuinneamh leictreach tríd an éifeacht piezoelectric dearfach. Déantar comhshó impedance (ó impedance íseal go impedance ard) a bhaint amach le linn an dá thiontú fuinnimh, ionas gur féidir aschur piezoelectric ard a fháil ag minicíocht athshondach an leatháin ceirmeacha. Anois tóg na claochladáin cothrománacha agus ingearacha le creathadh síneadh mar shampla chun prionsabal an claochladáin a léiriú.

 

Tá an sliseanna ceirmeach iomlán roinnte ina dhá chuid, is é an chuid clé an deireadh ionchuir (ar a dtugtar an chuid tiomána freisin), tá leictreoidí airgid dóite ar na taobhanna uachtaracha agus íochtaracha, polaraithe ar feadh an treo tiús, is é an chuid ceart an deireadh aschuir (ar a dtugtar an chuid giniúna cumhachta freisin), agus is é an chuid ceart an deireadh aschuir (ar a dtugtar an chuid giniúna cumhachta freisin). Tá leictreoidí airgid dóite ar an dromchla. Polaraithe feadh a fhad. Nuair a chuirtear voltas malartach i bhfeidhm ar an deireadh ionchuir, mar gheall ar an éifeacht voltais droim ar ais, déanfaidh an píosa ceirmeach creathadh síneadh feadh an treo faid, rud a dhéanfaidh an fuinneamh leictreach ionchuir a thiontú go fuinneamh meicniúil; agus déanfaidh an chuid giniúna cumhachta fuinneamh meicniúil a thiontú go fuinneamh leictreach tríd an éifeacht voltas dearfach, agus ansin é a aistriú ón deireadh aschuir An voltas aschuir. Nuair nach bhfuil aon ualach ann, is é an cóimheas treisithe ciorcad oscailte, Qm fachtóir cáilíochta meicniúil an ábhair; Is iad K31, K33 comhéifeachtaí cúplála leictrimheicniúla fadaimseartha agus trasnacha an ábhair; Is é L fad an chuid giniúna cumhachta; Is é t tiús an claochladáin. Úsáidtear claochladáin piezoelectric go príomha i gcás ardvoltais, ísealchumhachta agus comhshó sine wave, agus tá buntáistí uathúla acu amhail voltas aschuir ard, meáchan éadrom, méid beag, gan aon sceitheadh ​​​​réimse maighnéadach, agus gan aon dócháin. D'fhonn aschuir ilvoltais a fháil, de réir voltas aschuir an claochladáin cothrománach-ingearach comhréireach leis an fad, an níos gaire do dheireadh na coda giniúna cumhachta, is airde an voltas, agus is féidir leictreoidí a dhéanamh ag suíomhanna éagsúla den chuid giniúna cumhachta mar chinn seafta chun aschuir voltais éagsúla a fháil.

 

(2) Bunphrionsabal oibre agus tréithe claochladáin ceirmeacha piezoelectric monolithic (ilchiseal). Is ábhar brittle iad criadóireacht piezoelectric. D'fhonn a neart meicniúil a áirithiú, ní mór go mbeadh tiús áirithe ag an gclaochladán piezoelectric, agus tá voltas tiomána an claochladáin thuasluaite teoranta go leor. Ar an gcúis seo, tháinig an tionscadal claochladán ceirmeach piezoelectric monolithic (il-ciseal) i bhfeidhm. Tar éis an struchtúr monolithic (il-ciseal) a ghlacadh, is féidir tiús agus líon na sraitheanna de gach ciseal aonair a choigeartú, agus níl an voltas tiomána teoranta a thuilleadh, agus mar sin is féidir an voltas a dhéanamh Is féidir le claochladáin leictreacha oibriú sa stát is fearr is cuma cén voltas tiomána atá iontu.

Is iad croí-theicneolaíochtaí an tionscadail seo sintéaraithe ar theocht íseal submicron ábhair ceirmeacha piezoelectric , teicneolaíocht inmheánach comhdhó leictreoid, teicneolaíocht cóireála polaraithe agus dearadh struchtúrach. Is iad claochladáin ceirmeacha piezoelectric monolithic (ilchiseal) (MPTanna) an tríú glúin de chlaochladáin leictreonacha leis na gnéithe seo a leanas.

① Ultra-tanaí: ní mó ná 4mm an tiús go ginearálta.

② Éifeachtúlacht chomhshó ard: os cionn 97% ar ualach iomlán (ualach frithsheasmhach).

③ Tá an ghné féinchosanta aige de ghearradh uathoibríoch gearrchiorcad ualaigh.

④ Claochladán athshondach: Féadann sé voltas nialasach agus comhshó reatha nialasach a bhaint amach.

⑤ Tá tréithe aschuir reatha leathsheasmhacha aige le haghaidh ualaí íseal-chosc.

⑥ Gan buaicvoltas droim ar ais, cosaint iontaofa an chuaird amplifier cumhachta.

⑦ Gan aon chur isteach leictreamaighnéadach.

⑧ Gan miondealú corna, briseadh mildew.

⑨ Friotaíocht spraeála salainn, friotaíocht maith aimsire, go háirithe oiriúnach le húsáid in aeráidí mara.

 

2. Pioc agus cainteoir ceirmeach piezoelectric

trasducers criadóireachta piezoelectric go forleathan i dtrealamh electroacoustic, mar shampla piocadh agus cainteoirí ceirmeacha piezoelectric. Úsáidtear

(1) Vibrator diaphragm dúbailte (Fíor 6-16). Éilíonn trealamh leictreafhuaimneach impedance meicniúil íseal agus is féidir leis an bhfoinse fuaime nó an fhoinse creathadh a mheaitseáil, agus is féidir leis an vibrator piezoelectric scairt dúbailte na ceanglais seo a chomhlíonadh. Tá sé déanta as dhá leathán criadóireachta piezoelectric atá insínte ar fad. Nuair a bhíonn píosa amháin sínte, giorraítear an píosa eile, agus lúbann an t-iomlán.

 

Tugann sé prionsabal oibre an vibrator diaphragm dúbailte. Nuair a bhíonn píosa ceirmeach piezoelectric le tiús áirithe lúbtha faoi fhórsa, tá taobh amháin dá thiús fadaithe, agus tá an taobh eile comhbhrúite. Ag an am seo, ginfear muirir taobh istigh den phíosa ceirmeach. , ach toisc go bhfuil treo polaraithe an scairt ar fad mar an gcéanna, tá an taobh uachtarach fadaithe, agus tá an taobh íochtair comhbhrúite, rud a fhágann go bhfuil an nóiméad dipole leictreach os coinne, agus tá an comhartha muirir céanna ag na taobhanna uachtaracha agus íochtaracha, mar sin níl aon difríocht féideartha ann, mar a thaispeántar i bhFíor 6-16 (a) a thaispeántar. Má úsáidtear struchtúr déphragm le dhá leathán forshuite ina ionad, is féidir aschur voltais a fháil nuair a bhíonn an fórsa lúbtha. I bhFíor 6-16(b) úsáidtear dhá scairt a bhfuil na treoracha polaraithe codarsnacha acu ceangailte i sraith. Nuair a chuirtear fórsa i bhfeidhm, síneann an ceann uachtarach agus comhbhrúíonn an ceann íochtair. Ós rud é go bhfuil na treoracha polaraithe os coinne, gearrtar taobh uachtarach agus íochtair an scairt dhúbailte le comharthaí os coinne, agus is féidir aschur voltais a fháil. Déantar Fíor 6-16(c) trí dhá scairt a nascadh leis an treo polaraithe céanna go comhthreomhar, agus is féidir an voltas aschuir a fháil freisin.

 

(2) Struchtúr cainteoir ceirmeach piezoelectric agus prionsabal oibre: Is gléas leictrimheabhrach simplí agus éadrom é cainteoir ceirmeach piezoelectric le íogaireacht ard, gan aon scoilteadh réimse maighnéadach, gan aon ghá le sreanga copair agus maighnéid, ísealchostas, tomhaltas ísealchumhachta, Deisiú éasca, táirgeadh mais éasca, etc.

Is scairt dúbailte ceirmeach piezoelectric é a chóras tiomána, is cón páipéir é an córas creathadh, agus aistríonn an eilimint cúplála go héifeachtach fuinneamh an chórais tiomána chuig an gcóras creathadh. Nuair a bhíonn sé ag obair, déantar an fuinneamh leictreach a chuirtear leis an scairt dúbailte ceirmeach piezoelectric a thiontú go fuinneamh meicniúil, a tharchuirtear chuig an gcón páipéir tríd an eilimint cúplála chun é a chreathadh agus a fhuaim. Tá impedance réasúnta ard ag an scairt dúbailte piezoelectric, arb ionann é agus tiomáint voltais. Is é F=KV an gaol idir an fórsa F agus an voltas V, agus is é K an chomhéifeacht chomhréireach. Más Z an impedance meicniúil creathadh lena n-áirítear an bac radaíochta, is é an luas tonnchrith: v = F/Z, is féidir an brú fuaime P ag lár r an scairt ard a fháil. |P|=10fρS/r |v| áit: f—minicíocht; ρ — meándlús; S—réimse éifeachtach den chorp veirteabrach. Ina theannta sin, is féidir tiontairí fuinnimh leictrea-fhuaimiúla eile a dhéanamh de réir éifeacht piezoelectric criadóireacht piezoelectric, mar shampla tarchuradóirí, glacadóirí, dordánaí, etc.