Introduksjon til piezoelektrisk keramisk transduserfunksjon

Piezoelektriske transdusere er ultralydsensorer laget ved å bruke den piezoelektriske effekten som produseres av visse dielektriske stoffer. Den såkalte piezoelektriske effekten refererer til fenomenet at når visse dielektriske stoffer gjennomgår deformasjon (inkludert bøying og strekkdeformasjon) på grunn av polarisering av indre ladninger, vil de generere ladninger på overflaten når de deformeres av ytre krefter i en bestemt retning. Piezoelektriske materialer kan deles inn i piezoelektriske enkeltkrystaller, piezoelektriske polykrystallinske og organiske piezoelektriske materialer. Den mest brukte piezoelektriske svingeren er forskjellige typer piezoelektriske keramiske rør som tilhører piezoelektriske polykrystaller og kvartskrystaller i piezoelektriske enkeltkrystaller. Andre piezoelektriske enkeltkrystaller inkluderer litiumniobat, litiumtantalat, litiumgallat og vismutgermanat som er egnet for strålingsmiljøer med høy temperatur.

Introduksjon for egenskapene til piezoelektriske keramiske sensorer

Piezoelektrisk keramikk inkluderer bariumtitanatkeramikk som tilhører det binære systemet, blyzirkonattitanatseriens keramikk, niobatseriens keramikk og blymagnesiumniobatkeramikk som tilhører det ternære systemet. Fordelene ved tilpassede piezoelektriske halvkuler er praktiske avfyring, enkel forming, fuktighetsmotstand og høy temperaturbestandighet. Ulempen er at den har pyroelektrisitet, som vil forstyrre måling av mekaniske mengder. Piezoelektriske materialer inkluderer mer enn ti typer polymermaterialer som polyvinylidenfluorid, polyvinylfluorid og nylon. Piezoelektriske materialer kan masseproduseres og lages til større områder. Det har unike fordeler ved å matche luftens akustiske motstand og er en ny type elektroakustisk materiale med stort utviklingspotensial. Siden 1960-tallet har krystaller med både halvlederegenskaper og piezoelektriske egenskaper, som sinksulfid, sinkoksid og kalsiumsulfid, blitt oppdaget. Bruken av PZT-materiale kan gjøres til en ny type piezoelektrisk sensor som integrerer sensitive komponenter og elektroniske kretser, noe som er veldig lovende.

Anvendelsen av piezoelektrisk sensor: piezoelektrisk keramikksensor har enkel struktur, liten størrelse, liten masse, lavt strømforbruk, lang levetid, spesielt den har gode dynamiske egenskaper, så den er egnet for et bredt bånd av periodisk kraft og høyhastighetsendring av slagkraft.

dynamisk måling av piezoelektrisk keramisk sensor

Piezoelektriske sensorer kan kun brukes til dynamisk måling

Fordi ladningen som genereres av den eksterne kraften som virker på det piezoelektriske elementet bare kan lagres uten lekkasje, det vil si at målingen må ha en uendelig inngangsimpedans, noe som er praktisk talt umulig, så den piezoelektriske sensoren kan ikke brukes til statisk måling.

Under påvirkning av vekslende kraft kan det piezoelektriske elementet kontinuerlig tilføre ladningen og kan levere en viss strøm til målekretsen, så den er bare egnet for dynamisk måling (vanligvis må den være høyere enn 100Hz, men over 50kHz, følsomheten synker).

Måling av piezoelektrisk keramisk sensor:

(1) Kraftmåling Piezoelektriske sensorer bruker hovedsakelig de langsgående og skjærende piezoelektriske effektene av piezo keramiske skive kvartskrystaller, fordi kvartskrystaller har stor stivhet, lav hysterese, høy følsomhet, god linearitet, bred driftsfrekvens og lav pyroelektrisitet. I tillegg til å måle den ensrettede kraften, kan kraftsensoren også bruke flere krystaller med forskjellige skjæreretninger for å måle flerretningskraft avhengig av dens forskjellige piezoelektriske effekter, for eksempel den treveis komponentkraften til romkraften Fx, Fy, Fz

(2) Trykkmåling: Piezoelektriske trykksensorer bruker hovedsakelig elastiske elementer (membran, stempel, etc.) for å samle trykk og bli en kraft som virker på krystallen, fordi egenskapene til PZT-materialet som brukes i det elastiske elementet har stor innflytelse på egenskapene til sensoren.

(3) Akselerasjonsmåling: Den piezoelektriske akselerasjonssensoren bruker massen som skal presses mot krystallen ved forhåndsbelastning. Når måleakselerasjonen virker, vil piezokrystallen bli utsatt for en treghetskraft, som gir en piezoelektrisk effekt. Derfor bestemmer kvaliteten på massen følsomheten til sensoren og påvirker også sensorens høyfrekvente respons.