Påføring av piezoelektrisk keramikk som brukes i ultralydavstandstransduser

I løpet av de siste 20 årene,piezoelektriske krystallkostnader har utviklet seg raskt i inn-og utland. På grunn av fordelene med enkel produksjon, lav pris og god stabilitet, har de blitt mye brukt innen elektronikk, lys, varme og akustikk, og har et bredt spekter. Ultralydtransdusere er laget av piezoelektrisk keramikk som kan produsere ultralydbølger med god retningsevne. De er ideelle for måling av parametere som hastighet og distanse, og kan fungere stabilt og pålitelig under tøffe miljøforhold.

Om ultralydavstandsenheten refererer ultralyd til lydbølger med en frekvens høyere enn 20 kHz, som er en mekanisk bølge. På grunn av sin gode retningsevne og toleranse for miljøet, brukes den i momentmålingsteknologi. Ultralydavstandsavstandsanordning er en berøringsfri avstandsteknikk. Metodene inkluderer i hovedsak pulsmetode, fasemetode og frekvenskonverteringsmetode. Ultralydavstandsenhet bruker hovedsakelig pulsmetoden. Pulsmetoden bestemmer direkte avstandsverdien ved å måle tiden som bærepulssignalet beveger seg frem og tilbake over avstanden som skal måles. Formelen til piezoplates energigenerering er D=Vt2D/2, hvor D er avstanden som skal måles; V er forplantningshastigheten til bæreren i luft; t2D er transportørens tur-retur-tid. Nøyaktigheten til pulsmetoden påvirkes av nøyaktigheten av tidsmålingen, og nøyaktigheten av tidsmålingen påvirkes av oscillasjonsfrekvensen. Hvis ultralydbølgen brukes som bærer og avstandsmålingsnøyaktigheten er D≤1cm, kreves det at tidstestnøyaktigheten er t≤5,9×10-5s, det vil si så lenge oscillasjonsfrekvensen når 1,7×104 Hz, er dette veldig enkelt å implementere.

Piezoelektriske ultralydtransdusere er laget ved å bruke den piezoelektriske effekten av piezoelektriske materialer. Det polariserte piezoelektriske materialet gjennomgår mekanisk deformasjon under påvirkning av et påført elektrisk felt. Dette kalles den inverse piezoelektriske effekten. Motsatt gir den mekaniske deformasjonen av det piezoelektriske materialet også en spenning, som kalles den positive piezoelektriske effekten. Ved å bruke den omvendte piezoelektriske effekten, kan høyfrekvente spenningen konverteres til høyfrekvente mekaniske vibrasjoner for å generere ultralydbølger; den positive piezoelektriske effekten kan også brukes til å konvertere den mottatte ultralydsvibrasjonen til et elektrisk signal. Slik fungerer ultralydsvingeren. Piezoelektriske ultralydtransdusere kan sees på som fireterminalnettverk med elektriske og mekaniske ender.

Valg av piezoelektriske materialer piezoelektriske plater er at piezoelektriske materialer for å lage ultralydtransdusere inkluderer piezoelektriske enkeltkrystaller, polykrystallinsk piezoelektrisk keramikk, piezoelektriske høypolymerer og piezoelektriske komposittmaterialer. Blant dem har blyzirkonattitanat piezoelektrisk keramikk fordelene med høy mekanisk styrke, temperatur- og fuktighetsmotstand, lav pris og god elektromekanisk koblingseffekt, og har blitt mye brukt i ultralydtransdusere. Ultralydsvingeren i ultralydavstandsmåleren bruker piezoelektrisk keramikk av blyzirkonatitanat som vibratormateriale.

Hvis to forlenget piezoelektrisk skive piezoelektrisk krystall av samme tykkelse og polarisert er bundet sammen, bøyningsvibrasjoner kan genereres når et spennende elektrisk felt påføres for å få den til å bli forlenget og den andre forkortes. De to piezokeramiske arkene som er bundet er polarisert i motsatte retninger, og er koblet i serie til strømforsyningen; de parallelle koblingsmodusene til de to piezokeramiske arkene med samme polarisasjonsretning er vist. I to piezo-keramiske limplater, begeistrer det elektriske feltet bare ett av dem for å produsere bøyningsvibrasjoner. På samme måte kan binding av to piezoelektriske keramiske plater til en tynn metallplate, eller binding av en keramisk plate til en tynn metallplate, også gi en bøyningsvibrasjonstykkelse. Resonansfrekvensen fr av bøyningsvibrasjonsmodusen og lengden på arket . Forholdet mellom den totale tykkelsen t og klebearket er fr = Nlttl2, hvor Nlt er en frekvenskonstant. Tykkelsebøyningsvibrasjonsmodusen gjelder for et frekvensområde på 500 Hz til 100 kHz. Størrelsen på en slik vibrator er generelt bredden på det keramiske arket ,l = (6 ~ 10) ww ≥ 3,5t. Tykkelsesskjærvibrasjonsmodusen er karakterisert ved at elektrodeoverflaten er parallell med polarisasjonsretningen, og det piezokeramiske arket utsettes for skjærvibrasjoner i tykkelsesretningen under påvirkning av et vekslende elektrisk felt. Tykkelsesskjærmodusen er relativt lett å bli begeistret, og brukes hovedsakelig i høyfrekvensområdet 10 til 60 kHz, som ikke vil bli beskrevet i detalj. I ultralydavstandsmåleren sender den piezoelektriske transduseren ut ultralydbølger, og amplituden til vibratorvibrasjonen er stor, så bøyningsvibrasjonsmodusen er å foretrekke. På samme tid, fordi den akustiske impedansen til luft er ekstremt lav, er det umulig for et generelt piezoelektrisk materiale å oppnå impedanstilpasning med det, og derfor må det realiseres ved hjelp av et overgangslag. Det er funnet at det piezoelektriske keramiske stykket er bundet til det tynne metallstykket, og piezoelektrisk transduser-ultralyd brukes som eksitasjonskilde for å generere en bøyningsvibrasjonsmodus, som har en stor amplitude og en liten akustisk impedans, og kan oppnå akustisk impedanstilpasning med luft. . Denne artikkelen er i form av en bundet struktur av piezokeramiske plater og tynne metallplater.

 De tynne metallplatene kan også fungere som en beskyttende film for å beskytte den piezoelektriske keramikken og elektrodene mot slitasje og skade. Materialet kan velges fra høystabil nikkel krom titanlegering. Siden det tynnere metallet er desto høyere, er lydtrykket frem- og tilbakegående transmittans, metallstykket er designet for å være tynt, generelt ca. 0,1 mm. Formen og størrelsen på vibratoren i ultralydavstandsmåleren krever at det overførte ultralydfeltet er vifteformet, med tanke på bruken av en rektangulær vibrator som bølgekilde. En rektangulær bølgekilde med lengde L og bredde W brukes til stempelvibrasjon, og det langsgående bølgelydfeltet som utstråles i gassmediet ligner skivekilden. Hovedstrålen til strålingen er en firkantet pyramide, er et perspektivbilde av den retningsbestemte hovedloben til den rektangulære bølgekilden. Ultralydavstandsmåleren sender ut en 36 kHz ultralydbølge for enkeltfrekvensområde, det vil si at resonansfrekvensen til den piezoelektriske keramiske oscillatoren er 36 kHz. Denne frekvensen tilfredsstiller ikke bare kravene til systemet for deteksjonsområde, nøyaktighet og følsomhet, men gjør også at de overførte ultralydbølgene har høyere effektivitet i luftforplantning. Gjennom formelberegningen og eksperimentell korreksjon bestemmes størrelsen på den piezoelektriske keramiske rektangulære vibratoren som: L=26,5 mm, B=11,2 mm, den piezoelektriske transduseren er utformet som en tett struktur av grunnleggende frekvensresonans, og skallet er laget av ingeniørplast. Den kan fikse og beskytte metall og keramiske limplater. De to elektrodestiftene er henholdsvis koblet til elektroden til metallet og det keramiske stykket gjennom ledningstrådene, og tilkoblingsmåten kan loddes med loddetinn eller lavtemperaturledende lim.