Kesan piezo dan penderia akustik piezoelektrik

Isyarat pelepasan akustik sedang merambat dalam media pepejal mengandungi maklumat ciri sumber pelepasan akustik. Untuk menggunakan maklumat ini untuk mencerminkan ciri bahan atau perkembangan kecacatan, adalah perlu untuk menerima isyarat pelepasan akustik pada permukaan pepejal. Isyarat pelepasan akustik ialah isyarat gelombang rawak sementara dengan anjakan menegak minimum kira-kira 10-7,10-14 meter. Kekerapan diedarkan dalam julat frekuensi infrasound kepada ultrasonik (beberapa hertz hingga puluhan megahertz). Ini memerlukan instrumen pengesanan pelepasan akustik mempunyai kelajuan tindak balas yang tinggi, kepekaan tinggi, keuntungan tinggi, julat dinamik yang luas, keupayaan pemulihan sekatan yang kuat dan pengesanan frekuensi kristal cakera seramik piezo boleh dipilih. Dalam proses pengesanan pelepasan akustik sebenar, isyarat yang dikesan selalunya merupakan isyarat kompleks yang telah mengalami pelbagai pantulan dan transformasi bentuk gelombang. Isyarat pelepasan akustik diterima oleh penderia dan ditukar kepada isyarat elektrik. Penderia memberikan lengkung sensitiviti frekuensi mengikut kaedah penentukuran tertentu. Berdasarkan ini, pelbagai jenis penderia dengan frekuensi dan sensitiviti yang berbeza boleh dipilih mengikut tujuan dan persekitaran pengesanan.

Sensor ultrasonik dibuat berdasarkan prinsip bahawa ciri fizikal bahan tertentu (seperti semikonduktor, seramik piezo, kristal piezoelektrik, badan feromagnetik dan superkonduktor) berubah dengan bahagian luar yang akan diukur. Ia menggunakan banyak kesan (termasuk kesan fizikal, kesan kimia dan kesan biologi) dan fenomena fizikal, seperti penggunaan rintangan piezo, kepekaan lembapan, kepekaan haba, kepekaan cahaya, kepekaan magnet dan kepekaan gas bahan. Sesaran, medan magnet, gas diukur dan ditukar kepada elektrik. Penemuan dan penggunaan prinsip baharu, kesan baharu dan pembangunan serta penggunaan bahan fizikal baharu telah membawa kepada pembangunan penderia fizikal. Oleh itu, adalah perlu untuk memahami pelbagai kesan yang berasaskan penderia, dan untuk memahami, membangunkan dan menggunakannya. Dalam proses pengesanan pelepasan akustik, kesan piezoelektrik biasanya digunakan.

Kesan piezoelektrik boleh diterbalikkan, yang merupakan istilah umum untuk kesan piezoelektrik positif dan negatif. Adalah lazim untuk memanggil kesan piezoelektrik positif sebagai kesan piezoelektrik.

Apabila bahan dielektrik tertentu daripada Seramik piezoelektrik bahan Pzt diubah bentuk oleh daya luaran dalam arah tertentu, cas positif dan negatif tanda yang berbeza dijana pada permukaan tertentu bahan dielektrik. Selepas daya luar dialihkan, mereka kembali ke keadaan tidak bercas. Fenomena ini dipanggil kesan piezoelektrik positif. Caj yang dihasilkan oleh daya dielektrik adalah berkadar dengan magnitud daya luar. Pekali perkadaran ialah pemalar piezoelektrik, yang berkaitan dengan arah ubah bentuk mekanikal. Ia tetap untuk arah tertentu bahan tertentu. Kekutuban cas yang dihasilkan oleh daya dielektrik bergantung kepada bentuk ubah bentuk (mampatan atau pemanjangan). Bahan dengan kesan piezoelektrik yang ketara dipanggil bahan piezoelektrik. Yang biasa digunakan ialah kristal tunggal seperti kristal kuarza, litium niobate LiNbO3, litium gallate LiGaO3, bismut germanate Bi12GeO20, dan polihablur seperti barium titanat selepas rawatan polarisasi. Seramik piezo elektrik, seramik piezoelektrik siri zirkonat titanat plumbum PZT. Bahan piezoelektrik baharu termasuk filem piezoelektrik polimer (seperti polivinilidena fluorida PVDF) dan semikonduktor piezoelektrik (seperti ZnO, CdS). Kesan piezoelektrik bahan kristal tunggal adalah disebabkan oleh ubah bentuk struktur meridian dalaman kristal tunggal ini apabila tertakluk kepada tekanan luaran, yang menyebabkan keadaan neutral makroskopik asal musnah dan mengakibatkan polarisasi. Seramik piezoelektrik dan filem piezoelektrik polimer selepas polarisasi (medan elektrik yang kuat digunakan pada suhu tertentu) adalah hasil polarisasi domain elektrik dan pasangan elektrod.

Penderia piezoelektrik dibuat menggunakan kesan piezoelektrik positif menukar tenaga bukan elektrik seperti tekanan, getaran, pecutan, dll. tenaga elektrik digunakan untuk pengukuran yang tepat.

Apabila medan elektrik digunakan dalam arah dielektrik polarisasi Komponen cincin piezoceramic Pzt8 , sesetengah dielektrik akan menghasilkan ubah bentuk mekanikal atau tegasan mekanikal dalam arah tertentu. Apabila medan elektrik luaran dialihkan, ubah bentuk atau tegasan juga hilang. Fenomena fizikal ini dipanggil kesan piezoelektrik songsang. Menggunakan kesan piezoelektrik songsang boleh dijadikan penjana ultrasonik, pembesar suara piezoelektrik, pengayun kristal piezo dengan frekuensi yang sangat stabil (seperti jam kuarza dan jam tangan dengan ralat siang dan malam ). Kesan piezoelektrik songsang boleh digunakan untuk penjanaan isyarat pelepasan akustik. Oleh kerana elemen penukaran piezoelektrik mempunyai dua sifat penting penjanaan sendiri dan boleh diterbalikkan, ditambah dengan saiznya yang kecil, ringan, struktur mudah, operasi yang boleh dipercayai, frekuensi semula jadi yang tinggi, kepekaan tinggi dan nisbah isyarat-ke-bunyi yang tinggi, aplikasi penderia piezoelektrik mendapat perkembangan pesat. Pelbagai penjana voltan seperti bekalan kuasa piezoelektrik, dapur gas, dan peranti penyalaan automatik untuk enjin kereta yang dibangunkan menggunakan kesan piezoelektrik positif dalam teknologi ujian, elemen penukaran piezoelektrik ialah elemen pengesan daya tipikal, yang boleh mengukur .Kuantiti fizik yang boleh diubah terakhir itu, seperti tekanan, oleh itu penderiaan, pecutan mekanikal, pecutan boleh pizorik, tekanan, dan pecutan mekanikal. dilihat dalam pelbagai bidang seperti akustik, mekanik, perubatan, dan aeroangkasa. Apa yang lebih ketara ialah mengikut keputusan bio-piezoelektrik, ia diakui bahawa makhluk hidup mempunyai piezoelektrik, dan pelbagai organ deria manusia sebenarnya adalah sensor bio-piezoelektrik. Sekiranya patah itu dirawat mengikut kesan piezoelektrik positif, penyembuhan boleh dipercepatkan; kesan piezoelektrik songsang boleh digunakan untuk menggerakkan tulang untuk membetulkan tulang yang cacat dan fungsi lain. Kelemahan utama elemen penukaran piezoelektrik ialah ia tidak mempunyai keluaran statik, yang memerlukan impedans keluaran elektrik yang tinggi, dan memerlukan kabel kapasitans rendah dan bunyi rendah. Suhu operasi banyak bahan piezoelektrik hanya kira-kira 250 ° C.