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圧電セラミックトランスデューサは、圧電セラミック 結晶 と軽金属と重金属の2つで構成されています。一定温度で分極処理を施すと圧電効果を発揮します。圧電セラミック超音波トランスデューサは、長い間人々の研究分野に参入してきました。製造が容易で、強力な制御性、高感度、良好な電気機械結合を備えています。圧電セラミックスに基づいて開発されトランスデューサ た には、パワー用超音波トランスデューサと検出用超音波トランスデューサがあります。
超音波技術は、広く使用されている非破壊検査技術です。これは音響理論に基づいており、エレクトロニクス、通信、医学、生物学、物理学の分野で継続的に使用されています。最新の検出技術では、超音波技術を使用して開発されたトランスデューサーが、その高感度と高精度によりますます注目を集めています。
検査プロセスで一般的に使用されるトランスデューサは、ピエゾ リング トランスデューサ、磁歪トランスデューサ、電磁音響トランスデューサ、およびレーザー トランスデューサです。最も一般的に使用されるのは圧電トランスデューサーで、そのコアコンポーネントは圧電チップです。圧電ウェハは圧力によって変形する可能性があり、これによりウェハ自体が分極し、ウェハの表面に正と負の束縛電荷が現れます。この効果は圧電効果です。さらに、圧電効果は可逆的です。つまり、電圧がウェーハに印加されると変形します。検出プロセスでは、超音波センサーは逆圧電効果を利用して超音波を発生し、圧電効果を利用して超音波を受信する目的を達成します。圧電セラミック超音波トランスデューサは、長い間人々の研究分野に参入してきました。製造が容易で、強力な制御性、高感度、良好な電気機械結合を備えています。圧電セラミックスをベースに開発されたトランスデューサには、パワー用超音波トランスデューサと検出用超音波トランスデューサがあります。
圧電セラミックトランスデューサの動作原理
圧電セラミックトランスデューサの原理は、 pzt セラミックに圧力または張力が加わると、セラミックの両端に逆極性の電荷が発生し、回路に電流が発生するというものです。この効果は圧電効果と呼ばれます。この圧電セラミックで作られたトランスデューサーを水中に置くと、音波の作用により、音響波受信器であるトランスデューサーの両端に電荷が誘導されます。さらに、圧電効果は可逆的です。圧電セラミックシートに交流電界を印加すると、 圧電 セラミックシートは時々薄くなったり厚くなったりして、同時に振動を発生させて音波を発します。したがって、超音波発信器の問題は解決される。
2種類あります 圧電セラミック リング コンポーネントは です。磁歪金属と圧電セラミックこの記事の目的は、高出力の機械的超音波加工用のトランスデューサを設計することであるため、圧電セラミック トランスデューサのみについて説明します。一種のエネルギー伝達ネットワークである圧電セラミックトランスデューサにはエネルギー変換効率の問題があります。変換効率は、トランスデューサの材質、振動形態、機械振動系の構造（支持機構を含む）、動作周波数の選択に関係します。したがって、超音波トランスデューサの設計では、音響インピーダンス、周波数応答、インピーダンス整合、音響構造、振動モード、変換材料などのさまざまな要素を考慮し、電気音響変換の最良の値を達成するためにこれらの要素をどのように設計および調整するかが必要になります。
圧電セラミックトランスデューサは、圧電特性を備えた電子セラミック材料です。強誘電体成分を含まない一般的な圧電水晶との主な違いは、主成分を構成する結晶相が強誘電体結晶粒であることです。ため ピエゾセラミックは粒子がランダムに配向した多結晶集合体である 、各強誘電体粒子の自発分極ベクトルも方向性が異なります。ためには 圧電 セラミックスがマクロな圧電特性を示すs 、焼成後に強い直流電界中で圧電セラミックスを分極処理し、端面に複数の電極を施し、元の無秩序配向の分極ベクトルが電界方向に優先的に配向するようにする必要がある。分極処理後、圧電セラミックは一定のマクロ残留分極強度を維持するため、セラミックは一定の圧力を持ちます。
圧電セラミック振動子の応用
超音波技術の非接触の利点により、適用してみてください。 圧電セラミック超音波トランスデューサーを 液体濃度検出システムに接続します。システム内のチップには Spartan 3E シリーズ FPGA が使用されています。圧電セラミックトランスデューサは信号の送受信において重要な役割を果たします。トランスデューサによって生成された特定の周波数と振幅の超音波信号は、送信回路を通じて液体中に送られます。信号が液体によって減衰された後、液体の濃度情報を含む信号を受信トランスデューサーから受信できます。音響減衰法の解析により、液体のおおよその濃度が効果的に得られます。システムのソフトウェア設計には、メインプログラム、超音波測定プログラム、パルス制御プログラム、パルストランシーバープログラム、ADC取得制御プログラム、およびクロックおよびアラームプログラムが含まれます。
実験では、まず静止した液体を測定し、受信端で収集した信号を超音波減衰法を用いて解析し、エンベロープを処理し、信号の伝播経路（パイプ径）を組み合わせて濃度情報を取得します。次に、動的液体の動的計測が行われ、信号伝播経路は液体の流速を考慮して近似経路を計算する必要があります。
