Inleiding tot de piëzo-elektrische keramische transducerfunctie

Piëzo-elektrische transducers zijn ultrasone sensoren die zijn gemaakt door gebruik te maken van het piëzo-elektrische effect dat door bepaalde diëlektrica wordt geproduceerd. Het zogenaamde piëzo-elektrische effect verwijst naar het fenomeen dat wanneer bepaalde diëlektrica vervorming ondergaan (inclusief vervorming door buigen en strekken) als gevolg van de polarisatie van interne ladingen, ze ladingen op hun oppervlak zullen genereren wanneer ze worden vervormd door externe krachten in een bepaalde richting. Piëzo-elektrische materialen kunnen worden onderverdeeld in piëzo-elektrische monokristallijne, piëzo-elektrische polykristallijne en organische piëzo-elektrische materialen. De meest gebruikte piëzo-elektrische transducers zijn van verschillende soorten piëzo-elektrische keramische buis behorend tot piëzo-elektrische polykristallen en kwartskristallen in piëzo-elektrische enkele kristallen. Andere piëzo-elektrische eenkristallen zijn onder meer lithiumniobaat, lithiumtantalaat, lithiumgallaat en bismutgermanaat, geschikt voor stralingsomgevingen met hoge temperaturen.

Inleiding voor de kenmerken van piëzo-elektrische keramische sensoren

Piëzo-elektrische keramiek omvat bariumtitanaatkeramiek behorend tot het binaire systeem, keramiek uit de loodzirkonaattitanaatserie, keramiek uit de niobaatserie en loodmagnesiumniobaatkeramiek behorend tot het ternaire systeem. De voordelen van op maat gemaakte piëzo-elektrische halfronden zijn gemakkelijk te bakken, gemakkelijk te vormen, bestand tegen vocht en bestand tegen hoge temperaturen. Het nadeel is dat het pyro-elektriciteit heeft, wat de meting van mechanische grootheden zal verstoren. Piëzo-elektrische materialen omvatten meer dan tien soorten polymeermaterialen, zoals polyvinylideenfluoride, polyvinylfluoride en nylon. Piëzo-elektrische materialen kunnen in massa worden geproduceerd en in grotere oppervlakken worden verwerkt. Het heeft unieke voordelen bij het matchen van de akoestische weerstand van lucht en is een nieuw type elektro-akoestisch materiaal met een groot ontwikkelingspotentieel. Sinds de jaren zestig zijn kristallen ontdekt met zowel halfgeleidereigenschappen als piëzo-elektrische eigenschappen, zoals zinksulfide, zinkoxide en calciumsulfide. Het gebruik van PZT-materiaal kan worden toegepast in een nieuw type piëzo-elektrische sensor waarin gevoelige componenten en elektronische circuits zijn geïntegreerd, wat veelbelovend is.

De toepassing van piëzo-elektrische sensor: piëzo-elektrische keramische sensor heeft een eenvoudige structuur, klein formaat, kleine massa, laag stroomverbruik, lange levensduur, vooral goede dynamische eigenschappen, dus geschikt voor een brede band van periodieke kracht en snelle verandering van slagkracht.

dynamische meting van piëzo-elektrische keramische sensor

Piëzo-elektrische sensoren kunnen alleen worden gebruikt voor dynamische metingen

Omdat de lading die wordt gegenereerd door de externe kracht die op het piëzo-elektrische element inwerkt, alleen kan worden opgeslagen zonder lekkage, dat wil zeggen dat de meting een oneindige ingangsimpedantie moet hebben, wat praktisch onmogelijk is, zodat de piëzo-elektrische sensor niet kan worden gebruikt voor statische metingen.

Onder invloed van wisselkracht kan het piëzo-elektrische element continu de lading aanvullen en een bepaalde stroom aan het meetcircuit leveren, dus het is alleen geschikt voor dynamische metingen (in het algemeen moet het hoger zijn dan 100 Hz, maar boven 50 kHz neemt de gevoeligheid af).

Meting van piëzo-elektrische keramische sensor:

(1) Krachtmeting Piëzo-elektrische sensoren maken hoofdzakelijk gebruik van piëzo-elektrische effecten in de lengte- en dwarsrichting piëzo-keramische schijfkwartskristallen , omdat kwartskristallen een grote stijfheid, lage hysteresis, hoge gevoeligheid, goede lineariteit, brede werkfrequentie en lage pyro-elektriciteit hebben. Naast het meten van de unidirectionele kracht, kan de krachtsensor ook meerdere kristallen met verschillende snijrichtingen gebruiken om multidirectionele kracht te meten, afhankelijk van de verschillende piëzo-elektrische effecten, zoals de drierichtingscomponentkracht van de ruimtelijke kracht Fx, Fy, Fz

(2) Drukmeting: Piëzo-elektrische druksensoren gebruiken voornamelijk elastische elementen (membraan, zuiger, enz.) om druk te verzamelen en een kracht te worden die op het kristal inwerkt, omdat de eigenschappen van het PZT-materiaal dat in het elastische element wordt gebruikt een grote invloed hebben op de eigenschappen van de sensor.

(3) Versnellingsmeting: De piëzo-elektrische versnellingssensor gebruikt de massa die door voorbelastingskracht tegen het kristal wordt gedrukt. Wanneer de meetversnelling optreedt, wordt het piëzokristal onderworpen aan een traagheidskracht, waardoor een piëzo-elektrisch effect ontstaat. Daarom bepaalt de kwaliteit van de massa de gevoeligheid van de sensor en beïnvloedt ook de hoogfrequente respons van de sensor.