Arbeidsprinsipp for piezoelektrisk keramisk transduser

Oversikt over piezoelektriske keramiske transdusere

Piezoelektrisk keramisk transduser er sammensatt av piezoelektrisk keramisk krystall og lette og tunge to metaller. Etter polarisasjonsbehandling ved en viss temperatur har den piezoelektrisk effekt. Piezoelektriske keramiske ultralydtransdusere har gått inn i forskningsfeltet til mennesker i lang tid. Den er enkel å produsere, har sterk kontrollerbarhet, høy følsomhet og god elektromekanisk kobling. Transdusere  er  utviklet basert på piezoelektrisk keramikk, inkludert kraft-ultralyd-transdusere og deteksjons-ultralyd-transdusere.

Ultralydteknologi er en mye brukt ikke-destruktiv testteknologi. Den er basert på akustisk teori og brukes kontinuerlig innen elektronikk, kommunikasjon, medisin, biologi og fysikk. I moderne deteksjonsteknologi får transdusere utviklet ved hjelp av ultralydteknologi mer og mer oppmerksomhet på grunn av deres høye følsomhet og høye nøyaktighet.

Vanlig brukte transdusere i inspeksjonsprosessen er piezo-ringtransdusere, magnetostriktive transdusere, elektromagnetiske akustiske transdusere og lasertransdusere. Den mest brukte er den piezoelektriske transduseren, dens kjernekomponent er den piezoelektriske brikken. Den piezoelektriske waferen kan deformeres av trykket, noe som fører til polarisering av selve waferen, og positive og negative bundne ladninger vises på overflaten av waferen. Denne effekten er en piezoelektrisk effekt. Dessuten er den piezoelektriske effekten reversibel, det vil si at den deformeres når en spenning påføres waferen. I deteksjonsprosessen kan ultralydsensoren generere ultralydbølger ved å bruke den inverse piezoelektriske effekten, og bruke den piezoelektriske effekten for å oppnå formålet med å motta ultralydbølger. Piezoelektriske keramiske ultralydtransdusere har gått inn i forskningsfeltet til mennesker i lang tid. Den er enkel å produsere, har sterk kontrollerbarhet, høy følsomhet og god elektromekanisk kobling. Transdusere utviklet basert på piezoelektrisk keramikk inkluderer kraft-ultralyd-transdusere og deteksjons-ultralyd-transdusere.

Arbeidsprinsipp for piezoelektrisk keramisk transduser

Prinsippet for piezoelektriske keramiske transdusere er at når trykk eller spenning påføres pzt -  keramikken, genereres ladninger med motsatte polariteter i begge ender av keramikken, og strøm genereres gjennom kretsen. Denne effekten kalles den piezoelektriske effekten. Hvis en transduser laget av denne piezoelektriske keramikken plasseres i vann, vil det under påvirkning av lydbølger induseres ladninger i begge ender av transduseren, som er en akustisk bølgemottaker. I tillegg er den piezoelektriske effekten reversibel. Hvis et vekslende elektrisk felt påføres det piezoelektriske keramiske arket, vil det piezokeramiske arket fra tid til annen bli tynnere og tykkere, og samtidig generere vibrasjoner og avgi lydbølger. Derfor er problemet med ultralydsenderen løst.

Det finnes to typer piezokeramiske ringkomponenter  mag netostriktivt metall og piezoelektrisk keramikk. Hensikten med denne artikkelen er å designe transdusere for mekanisk ultralydbearbeiding med høy effekt, så bare piezoelektriske keramiske transdusere blir diskutert. Som et slags energioverføringsnettverk har piezoelektrisk keramisk transduser problemet med energikonverteringseffektivitet. Konverteringseffektiviteten er relatert til valg av transdusermateriale, vibrasjonsform, struktur på mekanisk vibrasjonssystem (inkludert støttemekanisme) og driftsfrekvens. Derfor, i utformingen av ultralydtransdusere, bør ulike faktorer vurderes, slik som akustisk impedans, frekvensrespons, impedanstilpasning, akustisk struktur, vibrasjonsmodus og konverteringsmaterialer, samt hvordan man designer og koordinerer disse faktorene for å oppnå best verdi for elektroakustisk konvertering.

Piezoelektrisk keramisk transduser er et elektronisk keramisk materiale med piezoelektriske egenskaper. Hovedforskjellen fra en typisk piezoelektrisk kvartskrystall som ikke inneholder ferroelektriske komponenter er at krystallfasene som utgjør hovedkomponentene er ferroelektriske krystallkorn. Fordi piezokeramikk er polykrystallinske aggregater med tilfeldig orienterte korn, er den spontane polarisasjonsvektoren til hvert ferroelektriske korn også desorientert. For at piezokeramikken . s skal utvise makropiezoelektriske egenskaper, må den piezoelektriske keramikken polariseres i et sterkt DC elektrisk felt etter avfyring, og endeflaten utsettes for flere elektroder, slik at polarisasjonsvektoren til den opprinnelige forstyrrelsesorienteringen fortrinnsvis er orientert i retning av det elektriske feltet Etter polarisasjonsbehandlingen vil den piezoelektriske keramikken opprettholde en viss makrorestpolarisasjonsintensitet, slik at keramikken har et visst trykk.

Påføring av piezoelektrisk keramisk transduser

På grunn av de kontaktfrie fordelene med ultralydteknologi, prøv å søke piezoelektriske keramiske ultralydtransdusere til væskekonsentrasjonsdeteksjonssystemet. Brikken i systemet bruker Spartan 3E-serien FPGA. Den piezoelektriske keramiske transduseren spiller en viktig rolle i å sende og motta signaler. Ultralydsignalet med en viss frekvens og amplitude generert av transduseren drives inn i væsken gjennom sendekretsen. Etter at signalet er dempet av væsken, kan signalet med væskekonsentrasjonsinformasjon mottas fra den mottakende transduseren. Gjennom analysen av lyddempningsmetoden oppnås den omtrentlige konsentrasjonen av væsken effektivt. Programvaredesignet til systemet inkluderer hovedprogrammet, ultralydmåleprogrammet, pulskontrollprogram, pulstransceiverprogram, ADC-innsamlingskontrollprogram og klokke- og alarmprogram.

I eksperimentet kan den statiske væsken måles først, ultralyddempningsmetoden brukes til å analysere signalet som samles inn ved mottaksenden, konvolutten behandles og konsentrasjonsinformasjonen oppnås ved å kombinere signalforplantningsbanen (rørdiameter). Deretter utføres den dynamiske målingen av den dynamiske væsken, og signalforplantningsbanen må vurdere strømningshastigheten til væsken for å beregne den omtrentlige banen.