ピエゾ効果と圧電音響センサー

音響放射信号は、音響放射源の特性情報を含む固体媒体内を伝播します。この情報を材料の特性や欠陥の発生を反映するために使用するには、固体表面でそのような音響放射信号を受信する必要があります。音響放射信号は、最小垂直変位が約 10-7、10-14 メートルの一時的なランダム波信号です。周波数は超低周波から超音波の周波数範囲（数ヘルツから数十メガヘルツ）に分布しています。このため、アコースティック・エミッション検出機器には、高い応答速度、高感度、高ゲイン、広いダイナミック・レンジ、強力なブロッキング回復能力、および周波数検出機能が必要です。 ピエゾセラミックディスク水晶も 選択可能です。実際のアコースティック・エミッション検出プロセスでは、検出される信号は多くの場合、複数の反射と波形変換を経た複雑な信号です。音響放射信号はセンサーによって受信され、電気信号に変換されます。センサーは、特定の校正方法に従って周波数感度曲線を示します。これに基づいて、検出の目的や環境に応じて、周波数や感度の異なるセンサーを選択できます。

超音波センサーは、測定対象となる物質（半導体、圧電セラミックス、圧電結晶、強磁性体、超伝導体など）の物理的特性が外部から変化するという原理に基づいて作られています。材料のピエゾ抵抗、湿気感受性、熱感受性、光感受性、磁気感受性、ガス感受性の使用など、多くの効果 (物理的効果、化学的効果、生物学的効果を含む) や物理現象が使用されます。変位、磁場、ガスを測定し、電気に変換します。新しい原理、新しい効果の発見と利用、新しい物理材料の開発と応用は、物理センサーの開発につながりました。したがって、センサーの基礎となるさまざまな効果を理解し、それらを理解、開発、適用する必要があります。アコースティック・エミッションの検出プロセスでは、通常、圧電効果が使用されます。

圧電効果は可逆的であり、正と負の圧電効果の総称です。正の圧電効果を圧電効果と呼ぶのが慣例です。

特定の誘電体材料が存在する場合、 Pzt材料の圧電セラミックス は、外力によって特定の方向に変形し、誘電体材料の特定の表面に符号の異なる正と負の電荷が発生します。外力がなくなると非帯電状態に戻ります。この現象は正の圧電効果と呼ばれます。誘電力によって発生する電荷は、外力の大きさに比例します。比例係数は圧電定数であり、機械的変形の方向に関係します。特定の材料の特定の方向に対して一定です。誘電力によって発生する電荷の極性は、変形の形態 (圧縮または伸張) によって異なります。顕著な圧電効果を持つ材料は圧電材料と呼ばれます。一般的には、水晶、ニオブ酸リチウムLiNbO3、ガレート酸リチウムLiGaO3、ゲルマニウム酸ビスマスBi12GeO20などの単結晶や分極処理後のチタン酸バリウムなどの多結晶が使用されます。電気圧電セラミックス、チタン酸ジルコン酸鉛系圧電セラミックスPZT。新しい圧電材料には、ポリマー圧電フィルム (ポリフッ化ビニリデン PVDF など) や圧電半導体 (ZnO、CdS など) が含まれます。単結晶材料の圧電効果は、外部応力を受けたときの単結晶の内部子午線構造の変形によるもので、これにより元の巨視的に中立状態が破壊され、分極が生じます。分極（特定の温度で強い電場が印加）後の圧電セラミックスおよびポリマー圧電フィルムは、電気ドメインと電極対の分極の結果です。

圧電センサーは、正の圧電効果を利用して圧力、振動、加速度などの非電気エネルギーを変換します。電気エネルギーは正確な測定に使用されます。

誘電体の分極方向に電界を印加すると、 Pzt8 圧電セラミック リング コンポーネント、一部の誘電体は特定の方向に機械的変形または機械的応力を生成します。外部電場がなくなると、変形や応力も消えます。この物理現象は逆圧電効果と呼ばれます。逆圧電効果を利用すると、超音波発生器、圧電スピーカー、周波数が非常に安定した圧電水晶発振器（クォーツ時計や昼夜誤差のある時計など）を作ることができます。逆圧電効果は、アコースティック・エミッション信号の生成に使用できます。圧電変換素子は自己生成性と可逆性という 2 つの重要な特性に加え、小型、軽量、構造が簡単、信頼性の高い動作、高い固有振動数、高感度、高い S/N 比を備えているため、圧電センサーの応用は急速に発展しています。正の圧電効果を利用した試験技術として、圧電電源、ガスストーブ、自動車エンジンの自動点火装置などのさまざまな電圧発生装置が開発されており、圧電変換素子は、最終的に変化する力を測定できる代表的な力検出素子です。圧力、加速度、機械的衝撃、振動など、力を形成する物理量は、音響、機械、機械など幅広い分野で圧電センサの応用が見られます。医学、航空宇宙。さらに重要なことは、生体圧電の研究結果によれば、生物には圧電性があることが認められており、人間のさまざまな感覚器官が実は生体圧電センサーであるということです。正の圧電効果に従って骨折を治療すると、治癒を促進することができます。逆圧電効果を利用して骨に電力を供給し、変形した骨やその他の機能を矯正することができます。圧電変換素子の主な欠点は、静的出力がないため、高い電気出力インピーダンスが必要であり、低静電容量および低ノイズのケーブルが必要であることです。多くの圧電材料の動作温度はわずか約 250 °C です。