Zasada działania i zastosowanie piezoelektrycznego czujnika ultradźwiękowego

Zasada działania Piezoelektryczny czujnik ultradźwiękowy opiera się głównie na efekcie piezoelektrycznym, który wykorzystuje komponenty elektryczne i inne maszyny do zamiany mierzonego ciśnienia na energię elektryczną, a następnie wykonuje odpowiedni pomiar. Precyzyjne przyrządy pomiarowe, takie jak wiele przetworników ciśnienia i czujników ciśnienia. Piezoelektryczne czujniki ultradźwiękowe nie mogą być stosowane w pomiarach statycznych. Powodem jest to, że ładunek po poddaniu działaniu siły zewnętrznej może zostać zachowany tylko wtedy, gdy obwód ma nieskończoną rezystancję wejściową. Poniżej przedstawiono: Porozmawiajmy krótko o zastosowaniu zasady działania piezoelektrycznych czujników ultradźwiękowych!

Rzeczywisty Czujniki ultradźwiękowe Arduino można stosować wyłącznie w pomiarach dynamicznych. Jego głównymi materiałami piezoelektrycznymi są: diwodorofosforan, winian sodowo-potasowy i kwarc. Efekt piezoelektryczny występuje w kwarcu. Kiedy zmienia się naprężenie, pole elektryczne zmienia się bardzo mało, a niektóre inne kryształy piezoelektryczne zastąpią kwarc. Winian potasowo-sodowy, posiada duży współczynnik piezoelektryczny i czułość piezoelektryczną, jednak można go stosować wyłącznie w pomieszczeniach zamkniętych, gdzie wilgotność i temperatura są stosunkowo niskie. Fosforan jest sztucznym kryształem, może być stosowany w środowisku o dużej wilgotności i wysokiej temperaturze, dlatego jego zastosowanie jest bardzo szerokie. Wraz z rozwojem technologii efekt piezoelektryczny zaczęto stosować także w przypadku polikryształów. Na przykład: ceramika piezoelektryczna, ceramika piezoelektryczna z niobianu i kwasu magnezowego, ceramika piezoelektryczna z serii niobianowa i ceramika piezoelektryczna z tytanianu baru.

Czujnik ultradźwiękowy z efektem piezoelektrycznym, jest to czujnik z konwersją elektromechaniczną i czujnikiem z własnym zasilaniem. Jego wrażliwe elementy wykonane są z materiałów piezoelektrycznych, a gdy materiały piezoelektryczne zostaną poddane działaniu siły zewnętrznej, na jego powierzchni utworzą się ładunki. Ładunki przejdą przez wzmacniacz ładunku, wzmocnienie obwodu pomiarowego i konwersję impedancji. Jest ona przekształcana na moc wyjściową proporcjonalną do otrzymanej siły zewnętrznej.

Parametry techniczne piezoelektrycznych czujników ultradźwiękowych

Piezoelektryczny stały ultradźwiękowy czujnik zbliżeniowy jest parametrem mierzącym siłę efektu piezoelektrycznego materiału i jest bezpośrednio powiązany z czułością wyjścia piezoelektrycznego. Stała sprężystości i sztywność materiałów piezoelektrycznych determinują częstotliwość własną i charakterystykę dynamiczną urządzeń piezoelektrycznych. W przypadku elementu piezoelektrycznego o określonym kształcie i rozmiarze jego pojemność właściwa jest powiązana ze stałą dielektryczną, a pojemność właściwa wpływa na dolną granicę częstotliwości piezoelektrycznego czujnika ultradźwiękowego.

W efekcie piezoelektrycznym współczynnik sprzężenia mechanicznego jest równy pierwiastkowi kwadratowemu ze stosunku przetworzonej energii wyjściowej (takiej jak energia elektryczna) do energii wejściowej (takiej jak energia mechaniczna); jest to ważny parametr do pomiaru efektywności konwersji energii elektromechanicznej materiałów piezoelektrycznych.

Rezystancja izolacji materiałów piezoelektrycznych ultradźwiękowy czujnik zbliżeniowy zmniejszy wyciek ładunku, poprawiając w ten sposób charakterystykę niskiej częstotliwości piezoelektrycznych czujników ultradźwiękowych. Temperatura, w której materiały piezoelektryczne zaczynają tracić swoje właściwości piezoelektryczne, nazywana jest temperaturą punktu Curie.