पीजो प्रभाव और पीजोइलेक्ट्रिक ध्वनिक सेंसर

ठोस मीडिया में प्रसारित होने वाले ध्वनिक उत्सर्जन संकेतों में ध्वनिक उत्सर्जन स्रोतों की विशिष्ट जानकारी होती है। सामग्री की विशेषताओं या दोषों के विकास को प्रतिबिंबित करने के लिए इस जानकारी का उपयोग करने के लिए, ठोस सतहों पर ऐसे ध्वनिक उत्सर्जन संकेत प्राप्त करना आवश्यक है। ध्वनिक उत्सर्जन संकेत लगभग 10-7,10-14 मीटर के न्यूनतम ऊर्ध्वाधर विस्थापन के साथ क्षणिक यादृच्छिक तरंग संकेत हैं। आवृत्ति को इन्फ्रासाउंड में अल्ट्रासोनिक आवृत्ति रेंज (कई हर्ट्ज़ से दसियों मेगाहर्ट्ज़) तक वितरित किया जाता है। इसके लिए आवश्यक है कि ध्वनिक उत्सर्जन का पता लगाने वाले उपकरणों में उच्च प्रतिक्रिया गति, उच्च संवेदनशीलता, उच्च लाभ, विस्तृत गतिशील रेंज, मजबूत अवरोधक पुनर्प्राप्ति क्षमता और आवृत्ति का पता लगाना हो। पीजो सिरेमिक डिस्क क्रिस्टल का चयन किया जा सकता है। वास्तविक ध्वनिक उत्सर्जन का पता लगाने की प्रक्रिया में, पता लगाए गए सिग्नल अक्सर जटिल सिग्नल होते हैं जो कई प्रतिबिंबों और तरंग परिवर्तनों से गुज़रे होते हैं। ध्वनिक उत्सर्जन संकेत सेंसर द्वारा प्राप्त किए जाते हैं और विद्युत संकेतों में परिवर्तित किए जाते हैं। सेंसर एक विशिष्ट अंशांकन विधि के अनुसार आवृत्ति-संवेदनशीलता वक्र देते हैं। इसके आधार पर, पहचान के उद्देश्य और वातावरण के अनुसार विभिन्न आवृत्तियों और संवेदनशीलता वाले विभिन्न प्रकार के सेंसर का चयन किया जा सकता है।

अल्ट्रासोनिक सेंसर इस सिद्धांत के आधार पर बनाया गया है कि कुछ पदार्थों (जैसे अर्धचालक, पीजो सिरेमिक, पीजोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल, लौहचुंबकीय निकाय और सुपरकंडक्टर्स) की भौतिक विशेषताएं मापे जाने वाले बाहरी हिस्से के साथ बदल जाती हैं। यह कई प्रभावों (भौतिक प्रभाव, रासायनिक प्रभाव और जैविक प्रभाव सहित) और भौतिक घटनाओं का उपयोग करता है, जैसे पीजो प्रतिरोध, नमी संवेदनशीलता, गर्मी संवेदनशीलता, प्रकाश संवेदनशीलता, चुंबकीय संवेदनशीलता और सामग्री की गैस संवेदनशीलता का उपयोग। विस्थापन, चुंबकीय क्षेत्र, गैस को मापा जाता है और बिजली में परिवर्तित किया जाता है। नए सिद्धांतों, नए प्रभावों की खोज और उपयोग, और नई भौतिक सामग्रियों के विकास और अनुप्रयोग ने भौतिक सेंसर के विकास को जन्म दिया है। इसलिए उन विभिन्न प्रभावों को समझना आवश्यक है जिन पर सेंसर आधारित हैं, और उन्हें समझना, विकसित करना और लागू करना आवश्यक है। ध्वनिक उत्सर्जन का पता लगाने की प्रक्रिया में, आमतौर पर पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग किया जाता है।

पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रतिवर्ती है, जो सकारात्मक और नकारात्मक पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभावों के लिए एक सामान्य शब्द है। सकारात्मक पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव को पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव कहने की प्रथा है।

जब कुछ ढांकता हुआ सामग्री Pzt सामग्री पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक एक निश्चित दिशा में बाहरी बल द्वारा विकृत हो जाती है, ढांकता हुआ सामग्री की कुछ सतहों पर विभिन्न संकेतों के सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज उत्पन्न होते हैं। बाहरी बल हटा दिए जाने के बाद, वे अनावेशित अवस्था में लौट आते हैं। इस घटना को सकारात्मक पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव कहा जाता है। ढांकता हुआ बल द्वारा उत्पन्न आवेश बाहरी बल के परिमाण के समानुपाती होता है। आनुपातिकता गुणांक एक पीज़ोइलेक्ट्रिक स्थिरांक है, जो यांत्रिक विरूपण की दिशा से संबंधित है। यह किसी निश्चित सामग्री की एक निश्चित दिशा के लिए स्थिर है। ढांकता हुआ बल द्वारा उत्पन्न आवेश की ध्रुवता विरूपण (संपीड़न या बढ़ाव) के रूप पर निर्भर करती है। महत्वपूर्ण पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव वाली सामग्रियों को पीजोइलेक्ट्रिक सामग्री कहा जाता है। आमतौर पर एकल क्रिस्टल जैसे क्वार्ट्ज क्रिस्टल, लिथियम नाइओबेट LiNbO3, लिथियम गैलेट LiGaO3, बिस्मथ जर्मेनेट Bi12GeO20, और ध्रुवीकरण उपचार के बाद बेरियम टाइटेनेट जैसे पॉलीक्रिस्टल का उपयोग किया जाता है। इलेक्ट्रिक पीजो सिरेमिक, लेड जिरकोनेट टाइटेनेट श्रृंखला पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक पीजेडटी। नई पीजोइलेक्ट्रिक सामग्रियों में पॉलिमर पीजोइलेक्ट्रिक फिल्में (जैसे पॉलीविनाइलिडीन फ्लोराइड पीवीडीएफ) और पीजोइलेक्ट्रिक सेमीकंडक्टर्स (जैसे ZnO, CdS) शामिल हैं। एकल क्रिस्टल सामग्रियों का पीज़ोइलेक्ट्रिक प्रभाव बाहरी तनाव के अधीन होने पर इन एकल क्रिस्टल की आंतरिक मेरिडियन संरचना के विरूपण के कारण होता है, जिससे मूल मैक्रोस्कोपिक रूप से तटस्थ स्थिति नष्ट हो जाती है और जिसके परिणामस्वरूप ध्रुवीकरण होता है। ध्रुवीकरण के बाद पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक और पॉलिमर पीजोइलेक्ट्रिक फिल्में (एक निश्चित तापमान पर एक मजबूत विद्युत क्षेत्र लागू किया जाता है) विद्युत डोमेन और इलेक्ट्रोड जोड़े के ध्रुवीकरण का परिणाम है।

पीजोइलेक्ट्रिक सेंसर सकारात्मक पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग करके बनाए जाते हैं जो गैर-विद्युत ऊर्जा जैसे दबाव, कंपन, त्वरण आदि को परिवर्तित करते हैं। सटीक माप के लिए विद्युत ऊर्जा का उपयोग किया जाता है।

जब एक विद्युत क्षेत्र को ढांकता हुआ ध्रुवीकरण की दिशा में लागू किया जाता है Pzt8 पीज़ोसेरेमिक रिंग कॉम्पोनेट्स , कुछ डाइलेक्ट्रिक्स एक निश्चित दिशा में यांत्रिक विरूपण या यांत्रिक तनाव उत्पन्न करेंगे। जब बाहरी विद्युत क्षेत्र हटा दिया जाता है, तो विकृति या तनाव भी गायब हो जाता है। इस भौतिक घटना को व्युत्क्रम पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव कहा जाता है। व्युत्क्रम पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग करके अत्यधिक स्थिर आवृत्ति वाले अल्ट्रासोनिक जनरेटर, पीजोइलेक्ट्रिक स्पीकर, पीजो क्रिस्टल ऑसिलेटर (जैसे क्वार्ट्ज घड़ियां और दिन और रात की त्रुटि वाली घड़ियां) में बनाया जा सकता है। व्युत्क्रम पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग ध्वनिक उत्सर्जन संकेत उत्पादन के लिए किया जा सकता है। क्योंकि पीजोइलेक्ट्रिक रूपांतरण तत्वों में स्व-उत्पन्न और प्रतिवर्ती के दो महत्वपूर्ण गुण होते हैं, साथ ही इसके छोटे आकार, हल्के वजन, सरल संरचना, विश्वसनीय संचालन, उच्च प्राकृतिक आवृत्ति, उच्च संवेदनशीलता और उच्च सिग्नल-टू-शोर अनुपात, पीजोइलेक्ट्रिक सेंसर के अनुप्रयोग को तेजी से विकास मिलता है। परीक्षण तकनीक में सकारात्मक पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग करके ऑटोमोबाइल इंजनों के लिए विभिन्न प्रकार के वोल्टेज जनरेटर जैसे कि पीजोइलेक्ट्रिक बिजली की आपूर्ति, गैस स्टोव और ऑटो-इग्निशन डिवाइस विकसित किए गए हैं, पीजोइलेक्ट्रिक रूपांतरण तत्व एक विशिष्ट बल-संवेदन तत्व है, जो अंतिम परिवर्तनीय को माप सकता है। वे भौतिक मात्राएं जो एक बल बनाती हैं, जैसे दबाव, त्वरण, यांत्रिक झटका और कंपन, इसलिए, पीजोइलेक्ट्रिक सेंसर के अनुप्रयोग को ध्वनिकी, यांत्रिकी, चिकित्सा और जैसे क्षेत्रों की एक विस्तृत श्रृंखला में देखा जा सकता है। एयरोस्पेस. अधिक महत्वपूर्ण बात यह है कि बायो-पीजोइलेक्ट्रिक्स के परिणामों के अनुसार, यह माना जाता है कि जीवित चीजों में पीजोइलेक्ट्रिकिटी होती है, और विभिन्न मानव इंद्रियां वास्तव में बायो-पीजोइलेक्ट्रिक सेंसर हैं। यदि फ्रैक्चर का इलाज सकारात्मक पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव के अनुसार किया जाता है, तो उपचार में तेजी लाई जा सकती है; विकृत हड्डियों और अन्य कार्यों को सही करने के लिए हड्डियों को शक्ति प्रदान करने के लिए व्युत्क्रम पीजोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग किया जा सकता है। पीज़ोइलेक्ट्रिक रूपांतरण तत्वों का मुख्य नुकसान यह है कि उनके पास कोई स्थिर आउटपुट नहीं है, जिसके लिए उच्च विद्युत आउटपुट प्रतिबाधा की आवश्यकता होती है, और कम क्षमता और कम शोर वाले केबलों की आवश्यकता होती है। कई पीजोइलेक्ट्रिक सामग्रियों का ऑपरेटिंग तापमान केवल 250 डिग्री सेल्सियस के आसपास होता है।