Principiul de funcționare al traductorului ceramic piezoelectric

Privire de ansamblu asupra traductoare ceramice piezoelectrice

Traductorul ceramic piezoelectric este compus din cristal ceramic piezoelectric și două metale ușoare și grele. După tratamentul de polarizare la o anumită temperatură, are efect piezoelectric. Traductoarele cu ultrasunete ceramice piezoelectrice au intrat de mult în domeniul cercetării oamenilor. Este ușor de fabricat, are controlabilitate puternică, sensibilitate ridicată și cuplare electromecanică bună. Traductoarele  sunt  dezvoltate pe baza ceramicii piezoelectrice includ traductoare cu ultrasunete de putere și traductoare cu ultrasunete de detectare.

Tehnologia cu ultrasunete este o tehnologie de testare nedistructivă utilizată pe scară largă. Se bazează pe teoria acustică și este utilizat continuu în domeniile electronicii, comunicațiilor, medicinei, biologiei și fizicii. În tehnologia modernă de detectare, traductoarele dezvoltate folosind tehnologia cu ultrasunete câștigă din ce în ce mai multă atenție datorită sensibilității lor ridicate și preciziei ridicate.

Traductoarele utilizate în mod obișnuit în procesul de inspecție sunt traductoarele piezo inele, traductoarele magnetostrictive, traductoarele electromagnetice acustice și traductoarele laser. Cel mai des folosit este traductorul piezoelectric, componenta sa de bază este cipul piezoelectric. Placa piezoelectrică poate fi deformată de presiune, ceea ce duce la polarizarea plăcii în sine, iar pe suprafața plachetei apar sarcini legate pozitive și negative. Acest efect este un efect piezoelectric. Mai mult, efectul piezoelectric este reversibil, adică se deformează atunci când o tensiune este aplicată pe placă. În procesul de detectare, senzorul cu ultrasunete poate genera unde ultrasonice utilizând efectul piezoelectric invers și poate utiliza efectul piezoelectric pentru a atinge scopul de a recepționa unde ultrasonice. Traductoarele cu ultrasunete ceramice piezoelectrice au intrat de mult în domeniul cercetării oamenilor. Este ușor de fabricat, are controlabilitate puternică, sensibilitate ridicată și cuplare electromecanică bună. Traductoarele dezvoltate pe baza ceramicii piezoelectrice includ traductoare cu ultrasunete de putere și traductoare cu ultrasunete de detectare.

Principiul de funcționare al traductorului ceramic piezoelectric

Principiul traductoarelor ceramice piezoelectrice este că atunci când se aplică presiune sau tensiune pe ceramica pzt  , la ambele capete ale ceramicii sunt generate sarcini cu polarități opuse, iar curentul este generat prin circuit. Acest efect se numește efect piezoelectric. Dacă un traductor din această ceramică piezoelectrică este pus în apă, atunci sub acțiunea undelor sonore vor fi induse sarcini la ambele capete ale traductorului, care este un receptor de unde acustice. În plus, efectul piezoelectric este reversibil. Dacă pe placa ceramică piezoelectrică este aplicat un câmp electric alternativ, placa ceramică piezoelectrică va deveni din când în când mai subțire și mai groasă și, în același timp, va genera vibrații și emite unde sonore. Prin urmare, problema emițătorului cu ultrasunete este rezolvată.

Există două tipuri de Componente inelare piezoceramice metal  netostrictiv și ceramică piezoelectrică. Scopul acestui articol este de a proiecta traductoare pentru prelucrarea mecanică cu ultrasunete de mare putere, astfel încât sunt discutate doar traductoarele ceramice piezoelectrice. Ca un fel de rețea de transport de energie, traductorul ceramic piezoelectric are problema eficienței conversiei energiei. Eficiența conversiei este legată de alegerea materialului traductorului, a formei de vibrație, a structurii sistemului de vibrații mecanice (inclusiv a mecanismului de susținere) și a frecvenței de operare. Prin urmare, în proiectarea traductoarelor cu ultrasunete, ar trebui luați în considerare diverși factori, cum ar fi impedanța acustică, răspunsul în frecvență, potrivirea impedanței, structura acustică, modul de vibrație și materialele de conversie, precum și modul de proiectare și coordonare a acestor factori pentru a obține cea mai bună valoare a conversiei electro-acustice.

Traductorul ceramic piezoelectric este un material ceramic electronic cu caracteristici piezoelectrice. Principala diferență față de un cristal de cuarț piezoelectric tipic care nu conține componente feroelectrice este că fazele cristaline care constituie componentele sale principale sunt granule de cristal feroelectrice. Deoarece piezoceramica sunt agregate policristaline cu granule orientate aleator, vectorul de polarizare spontană al fiecărui granu feroelectric este de asemenea dezorientat. Pentru ca piezoelectrică ceramica s să prezinte proprietăți macro piezoelectrice, ceramica piezoelectrică trebuie polarizată într-un câmp electric de curent continuu puternic după ardere, iar fața de capăt este supusă mai multor electrozi, astfel încât vectorul de polarizare al orientării dezordonării inițiale să fie orientat de preferință în direcția câmpului electric. După tratamentul de polarizare, ceramica piezoelectrică va menține o anumită intensitate macro reziduală de polarizare, astfel încât ceramica să aibă o anumită presiune.

Aplicarea traductorului ceramic piezoelectric

Datorită avantajelor fără contact ale tehnologiei cu ultrasunete, încercați să aplicați traductoare cu ultrasunete ceramice piezoelectrice la sistemul de detectare a concentrației de lichid. Cipul din sistem folosește FPGA din seria Spartan 3E. Traductorul ceramic piezoelectric joacă un rol important în transmiterea și recepția semnalelor. Semnalul ultrasonic de o anumită frecvență și amplitudine generat de traductor este condus în lichid prin circuitul de transmisie. După ce semnalul este atenuat de lichid, semnalul cu informații despre concentrația lichidului poate fi recepționat de la traductorul de recepție. Prin analiza metodei de atenuare a sunetului se obține în mod eficient concentrația aproximativă a lichidului. Designul software al sistemului include programul principal, programul de măsurare cu ultrasunete, programul de control al pulsului, programul transceiver de impulsuri, programul de control al achiziției ADC și programul de ceas și alarmă.

În experiment, lichidul static poate fi măsurat mai întâi, metoda de atenuare ultrasonică este utilizată pentru a analiza semnalul colectat la capătul de recepție, anvelopa este procesată, iar informațiile despre concentrație sunt obținute prin combinarea căii de propagare a semnalului (diametrul conductei). Apoi, se efectuează măsurarea dinamică a lichidului dinamic, iar calea de propagare a semnalului trebuie să ia în considerare viteza de curgere a lichidului pentru a calcula calea aproximativă.