Prinsip kerja transduser seramik piezoelektrik

Gambaran keseluruhan tentang transduser seramik piezoelektrik

Transduser seramik piezoelektrik terdiri daripada kristal seramik piezoelektrik dan dua logam ringan dan berat. Selepas rawatan polarisasi pada suhu tertentu, ia mempunyai kesan piezoelektrik. Transduser ultrasonik seramik piezoelektrik telah memasuki bidang penyelidikan orang untuk masa yang lama. Ia mudah untuk dihasilkan, mempunyai kebolehkawalan yang kuat, kepekaan tinggi dan gandingan elektromekanikal yang baik. Transduser  dibangunkan  berdasarkan seramik piezoelektrik termasuk transduser ultrasonik kuasa dan transduser ultrasonik pengesanan.

Teknologi ultrasonik ialah teknologi ujian tidak merosakkan yang digunakan secara meluas. Ia berdasarkan teori akustik dan digunakan secara berterusan dalam bidang elektronik, komunikasi, perubatan, biologi dan fizik. Dalam teknologi pengesanan moden, transduser yang dibangunkan menggunakan teknologi ultrasound semakin mendapat perhatian kerana kepekaan yang tinggi dan ketepatan yang tinggi.

Transduser yang biasa digunakan dalam proses pemeriksaan ialah transduser cincin piezo, transduser netostrictive mag, transduser akustik elektromagnet dan transduser laser. Yang paling biasa digunakan ialah transduser piezoelektrik, komponen terasnya ialah cip piezoelektrik. Wafer piezoelektrik boleh diubah bentuk oleh tekanan, yang membawa kepada polarisasi wafer itu sendiri, dan cas terikat positif dan negatif muncul pada permukaan wafer. Kesan ini ialah kesan piezoelektrik. Selain itu, kesan piezoelektrik boleh diterbalikkan, iaitu, ia berubah bentuk apabila voltan dikenakan pada wafer. Dalam proses pengesanan, sensor ultrasonik boleh menghasilkan gelombang ultrasonik dengan menggunakan kesan piezoelektrik songsang, dan menggunakan kesan piezoelektrik untuk mencapai tujuan menerima gelombang ultrasonik. Transduser ultrasonik seramik piezoelektrik telah memasuki bidang penyelidikan orang untuk masa yang lama. Ia mudah untuk dihasilkan, mempunyai kebolehkawalan yang kuat, kepekaan tinggi dan gandingan elektromekanikal yang baik. Transduser yang dibangunkan berdasarkan seramik piezoelektrik termasuk transduser ultrasonik kuasa dan transduser ultrasonik pengesanan.

Prinsip kerja transduser seramik piezoelektrik

Prinsip transduser seramik piezoelektrik ialah apabila tekanan atau ketegangan dikenakan pada seramik pzt  , caj kekutuban bertentangan dijana pada kedua-dua hujung seramik, dan arus dijana melalui litar. Kesan ini dipanggil kesan piezoelektrik. Jika transduser yang diperbuat daripada seramik piezoelektrik ini diletakkan di dalam air, maka di bawah tindakan gelombang bunyi, cas akan teraruh pada kedua-dua hujung transduser, yang merupakan penerima gelombang akustik. Di samping itu, kesan piezoelektrik boleh diterbalikkan. Jika medan elektrik berselang-seli digunakan pada kepingan seramik piezoelektrik, kepingan seramik piezo akan menjadi lebih nipis dan tebal dari semasa ke semasa, dan pada masa yang sama menjana getaran dan gelombang bunyi. Oleh itu, masalah pemancar ultrasonik diselesaikan.

Terdapat dua jenis komponen cincin piezoceramic  mag logam netostrictive dan seramik piezoelektrik. Tujuan artikel ini adalah untuk mereka bentuk transduser untuk pemesinan ultrasonik mekanikal berkuasa tinggi, jadi hanya transduser seramik piezoelektrik dibincangkan. Sebagai sejenis rangkaian penghantaran tenaga, transduser seramik piezoelektrik mempunyai masalah kecekapan penukaran tenaga. Kecekapan penukaran adalah berkaitan dengan pilihan bahan transduser, bentuk getaran, struktur sistem getaran mekanikal (termasuk mekanisme sokongan) dan kekerapan operasi. Oleh itu, dalam reka bentuk transduser ultrasonik, pelbagai faktor harus dipertimbangkan, seperti impedans akustik, tindak balas frekuensi, padanan impedans, struktur akustik, mod getaran, dan bahan penukaran, serta cara mereka bentuk dan menyelaraskan faktor-faktor ini untuk mencapai penukaran elektro-akustik nilai terbaik.

Transduser seramik piezoelektrik ialah bahan seramik elektronik dengan ciri piezoelektrik. Perbezaan utama daripada kristal kuarza piezoelektrik biasa yang tidak mengandungi komponen ferroelektrik ialah fasa kristal yang membentuk komponen utamanya ialah butiran kristal ferroelektrik. Oleh kerana seramik piezo ialah agregat polihabluran dengan butiran berorientasikan rawak, vektor polarisasi spontan setiap butiran ferroelektrik juga terkeliru. Agar piezo seramik s mempamerkan sifat piezoelektrik makro, seramik piezoelektrik mesti terpolarisasi dalam medan elektrik DC yang kuat selepas tembakan, dan muka akhir tertakluk kepada pelbagai elektrod, supaya vektor polarisasi orientasi gangguan asal lebih disukai berorientasikan ke arah medan elektrik. Selepas rawatan polarisasi, seramik piezoelektrik akan mengekalkan keamatan polarisasi sisa makro tertentu, supaya seramik mempunyai tekanan tertentu.

Penggunaan transduser seramik piezoelektrik

Oleh kerana kelebihan bukan sentuhan teknologi ultrasonik, cuba gunakan transduser ultrasonik seramik piezoelektrik kepada sistem pengesanan kepekatan cecair. Cip dalam sistem menggunakan FPGA siri Spartan 3E. Transduser seramik piezoelektrik memainkan peranan penting dalam menghantar dan menerima isyarat. Isyarat ultrasonik frekuensi dan amplitud tertentu yang dihasilkan oleh transduser didorong ke dalam cecair melalui litar pemancar. Selepas isyarat dilemahkan oleh cecair, isyarat dengan maklumat kepekatan cecair boleh diterima daripada transduser penerima. Melalui analisis kaedah pengecilan bunyi, kepekatan anggaran cecair diperoleh dengan berkesan. Reka bentuk perisian sistem termasuk program utama, program pengukuran ultrasonik, program kawalan nadi, program transceiver denyut, program kawalan pemerolehan ADC dan program jam dan penggera.

Dalam eksperimen, cecair statik boleh diukur terlebih dahulu, kaedah pengecilan ultrasonik digunakan untuk menganalisis isyarat yang dikumpul pada hujung penerima, sampul surat diproses, dan maklumat kepekatan diperoleh dengan menggabungkan laluan perambatan isyarat (diameter paip). Kemudian, pengukuran dinamik cecair dinamik dijalankan, dan laluan perambatan isyarat perlu mempertimbangkan halaju aliran cecair untuk mengira laluan anggaran.