Prinsip kerja transduser keramik piezoelektrik

Sekilas tentang transduser keramik piezoelektrik

Transduser keramik piezoelektrik terdiri dari kristal keramik piezoelektrik dan dua logam ringan dan berat. Setelah perlakuan polarisasi pada suhu tertentu, ia memiliki efek piezoelektrik. Transduser ultrasonik keramik piezoelektrik telah memasuki bidang penelitian manusia sejak lama. Mudah dibuat, memiliki kemampuan pengendalian yang kuat, sensitivitas tinggi, dan kopling elektromekanis yang baik. Transduser  dikembangkan  berdasarkan keramik piezoelektrik termasuk transduser ultrasonik daya dan transduser ultrasonik deteksi.

Teknologi ultrasonik adalah teknologi pengujian tak rusak yang banyak digunakan. Hal ini didasarkan pada teori akustik dan terus digunakan dalam bidang elektronik, komunikasi, kedokteran, biologi dan fisika. Dalam teknologi deteksi modern, transduser yang dikembangkan menggunakan teknologi ultrasonik semakin mendapat perhatian karena sensitivitasnya yang tinggi dan akurasinya yang tinggi.

Transduser yang umum digunakan dalam proses inspeksi adalah transduser cincin piezo, transduser mag netostriktif, transduser akustik elektromagnetik, dan transduser laser. Yang paling umum digunakan adalah transduser piezoelektrik, komponen intinya adalah chip piezoelektrik. Wafer piezoelektrik dapat berubah bentuk karena tekanan, yang menyebabkan polarisasi wafer itu sendiri, dan muatan terikat positif dan negatif muncul di permukaan wafer. Efek ini merupakan efek piezoelektrik. Selain itu, efek piezoelektrik bersifat reversibel, yaitu berubah bentuk ketika tegangan diterapkan pada wafer. Dalam proses pendeteksiannya, sensor ultrasonik dapat menghasilkan gelombang ultrasonik dengan menggunakan efek piezoelektrik terbalik, dan menggunakan efek piezoelektrik untuk mencapai tujuan penerimaan gelombang ultrasonik. Transduser ultrasonik keramik piezoelektrik telah memasuki bidang penelitian manusia sejak lama. Mudah dibuat, memiliki kemampuan pengendalian yang kuat, sensitivitas tinggi, dan kopling elektromekanis yang baik. Transduser yang dikembangkan berdasarkan keramik piezoelektrik meliputi transduser ultrasonik daya dan transduser ultrasonik deteksi.

Prinsip kerja transduser keramik piezoelektrik

Prinsip transduser keramik piezoelektrik adalah ketika tekanan atau tegangan diterapkan pada keramik pzt  , muatan dengan polaritas berlawanan akan dihasilkan di kedua ujung keramik, dan arus dihasilkan melalui rangkaian. Efek ini disebut efek piezoelektrik. Jika transduser yang terbuat dari keramik piezoelektrik ini ditempatkan di dalam air, maka di bawah pengaruh gelombang suara, muatan akan diinduksi di kedua ujung transduser, yang merupakan penerima gelombang akustik. Selain itu, efek piezoelektrik bersifat reversibel. Jika medan listrik bolak-balik diterapkan pada lembaran keramik piezoelektrik, lembaran keramik piezo tersebut akan menjadi lebih tipis dan tebal dari waktu ke waktu, dan pada saat yang sama menghasilkan getaran dan memancarkan gelombang suara. Oleh karena itu, masalah pemancar ultrasonik terpecahkan.

Ada dua jenis komponen cincin piezoceramic  mag logam netostriktif dan keramik piezoelektrik. Tujuan artikel ini adalah merancang transduser untuk pemesinan ultrasonik mekanis berdaya tinggi, sehingga hanya transduser keramik piezoelektrik yang dibahas. Sebagai salah satu jaringan transmisi energi, transduser keramik piezoelektrik memiliki masalah efisiensi konversi energi. Efisiensi konversi berkaitan dengan pemilihan bahan transduser, bentuk getaran, struktur sistem getaran mekanis (termasuk mekanisme pendukung) dan frekuensi pengoperasian. Oleh karena itu, dalam perancangan transduser ultrasonik, berbagai faktor harus dipertimbangkan, seperti impedansi akustik, respons frekuensi, pencocokan impedansi, struktur akustik, mode getaran, dan bahan konversi, serta cara merancang dan mengoordinasikan faktor-faktor tersebut untuk mencapai nilai terbaik konversi elektro-akustik.

Transduser keramik piezoelektrik merupakan bahan keramik elektronik dengan karakteristik piezoelektrik. Perbedaan utama dari kristal kuarsa piezoelektrik biasa yang tidak mengandung komponen feroelektrik adalah fase kristal yang menyusun komponen utamanya adalah butiran kristal feroelektrik. Karena keramik piezo adalah agregat polikristalin dengan butiran yang berorientasi acak, vektor polarisasi spontan setiap butiran feroelektrik juga mengalami disorientasi. Agar piezo keramik s menunjukkan sifat makro piezoelektrik, keramik piezoelektrik harus dipolarisasi dalam medan listrik DC yang kuat setelah pembakaran, dan permukaan ujungnya dikenai beberapa elektroda, sehingga vektor polarisasi dari orientasi gangguan asli lebih berorientasi pada arah medan listrik. Setelah dilakukan perlakuan polarisasi, keramik piezoelektrik akan mempertahankan intensitas polarisasi sisa makro tertentu, sehingga keramik mempunyai tekanan tertentu.

Penerapan transduser keramik piezoelektrik

Karena keunggulan teknologi ultrasonik non-kontak, coba terapkan transduser ultrasonik keramik piezoelektrik ke sistem deteksi konsentrasi cairan. Chip dalam sistem ini menggunakan FPGA seri Spartan 3E. Transduser keramik piezoelektrik memainkan peran penting dalam transmisi dan penerimaan sinyal. Sinyal ultrasonik dengan frekuensi dan amplitudo tertentu yang dihasilkan oleh transduser didorong ke dalam cairan melalui rangkaian transmisi. Setelah sinyal dilemahkan oleh cairan, sinyal dengan informasi konsentrasi cairan dapat diterima dari transduser penerima. Melalui analisis metode redaman suara, perkiraan konsentrasi cairan diperoleh secara efektif. Perancangan perangkat lunak sistem meliputi program utama, program pengukuran ultrasonik, program kendali pulsa, program transceiver pulsa, program kendali akuisisi ADC dan program jam dan alarm.

Dalam percobaan, cairan statis dapat diukur terlebih dahulu, metode redaman ultrasonik digunakan untuk menganalisis sinyal yang dikumpulkan di ujung penerima, selubung diproses, dan informasi konsentrasi diperoleh dengan menggabungkan jalur propagasi sinyal (diameter pipa). Kemudian dilakukan pengukuran dinamis cairan dinamis, dan jalur propagasi sinyal perlu mempertimbangkan kecepatan aliran cairan untuk menghitung perkiraan jalurnya.