Piezoeffekt och piezoelektrisk akustisk sensor

Akustiska emissionssignaler sprids i fasta medier innehåller karakteristisk information om akustiska emissionskällor. För att använda denna information för att återspegla materialegenskaper eller utveckling av defekter är det nödvändigt att ta emot sådana akustiska emissionssignaler på fasta ytor. Akustiska emissionssignaler är transienta slumpmässiga vågsignaler med en minsta vertikal förskjutning på cirka 10-7,10-14 meter. Frekvensen fördelas i frekvensområdet infraljud till ultraljud (flera hertz till tiotals megahertz). Detta kräver att instrument för detektering av akustiska emissioner har hög svarshastighet, hög känslighet, hög förstärkning, brett dynamiskt omfång, stark blockerande återställningsförmåga och frekvensdetektering av piezokeramisk skivkristall kan väljas. I själva processen för detektering av akustisk emission är de detekterade signalerna ofta komplexa signaler som har genomgått flera reflektioner och vågformstransformationer. Akustiska emissionssignaler tas emot av sensorer och omvandlas till elektriska signaler. Sensorerna ger en frekvenskänslighetskurva enligt en specifik kalibreringsmetod. Utifrån detta kan olika typer av sensorer med olika frekvenser och känsligheter väljas efter syftet och miljön för detekteringen.

Ultraljudssensorn är gjord utifrån principen att de fysiska egenskaperna hos vissa ämnen (som halvledare, piezokeramik, piezoelektriska kristaller, ferromagnetiska kroppar och supraledare) förändras med utsidan som ska mätas. Den använder många effekter (inklusive fysikaliska effekter, kemiska effekter och biologiska effekter) och fysikaliska fenomen, såsom användning av piezomotstånd, fuktkänslighet, värmekänslighet, ljuskänslighet, magnetisk känslighet och gaskänslighet hos material. Förskjutning, magnetfält, gas mäts och omvandlas till elektricitet. Upptäckten och utnyttjandet av nya principer, nya effekter och utvecklingen och tillämpningen av nya fysiska material har lett till utvecklingen av fysiska sensorer. Det är därför nödvändigt att förstå de olika effekterna som sensorerna bygger på, och att förstå, utveckla och tillämpa dem. I processen för detektering av akustiska emissioner används vanligtvis den piezoelektriska effekten.

Den piezoelektriska effekten är reversibel, vilket är en allmän term för de positiva och negativa piezoelektriska effekterna. Det är vanligt att kalla den positiva piezoelektriska effekten för en piezoelektrisk effekt.

När vissa dielektriska material av Pzt-material piezoelektrisk keramik deformeras av yttre kraft i en viss riktning, positiva och negativa laddningar av olika tecken genereras på vissa ytor av det dielektriska materialet. Efter att den yttre kraften har avlägsnats återgår de till ett oladdat tillstånd. Detta fenomen kallas positiv piezoelektrisk effekt. Laddningen som genereras av en dielektrisk kraft är proportionell mot storleken på den yttre kraften. Proportionalitetskoefficienten är en piezoelektrisk konstant, som är relaterad till riktningen för mekanisk deformation. Den är konstant för en viss riktning av ett visst material. Polariteten hos laddningen som genereras av en dielektrisk kraft beror på formen av deformation (kompression eller förlängning). Material med betydande piezoelektriska effekter kallas piezoelektriska material. Vanligtvis används enkristaller som kvartskristaller, litiumniobat LiNbO3, litiumgallat LiGaO3, vismutgermanat Bi12GeO20 och polykristaller som bariumtitanat efter polarisationsbehandling. Elektrisk piezokeramik, blyzirkonattitanatserie piezoelektrisk keramik PZT. Nya piezoelektriska material inkluderar piezoelektriska polymerfilmer (som polyvinylidenfluorid PVDF) och piezoelektriska halvledare (som ZnO, CdS). Den piezoelektriska effekten av enkristallmaterial beror på deformationen av den inre meridianstrukturen hos dessa enkristaller när de utsätts för extern stress, vilket gör att det ursprungliga makroskopiskt neutrala tillståndet förstörs och resulterar i polarisering. Den piezoelektriska keramen och polymerens piezoelektriska filmer efter polarisering (ett starkt elektriskt fält appliceras vid en viss temperatur) är resultatet av polariseringen av elektriska domäner och elektrodpar.

Piezoelektriska sensorer är gjorda med hjälp av den positiva piezoelektriska effekten omvandlar icke-elektrisk energi såsom tryck, vibrationer, acceleration, etc. elektrisk energi används för exakt mätning.

När ett elektriskt fält appliceras i polarisationsriktningen dielektrisk av Pzt8 piezokeramiska ringkomponenter , vissa dielektrika kommer att producera mekanisk deformation eller mekanisk spänning i en viss riktning. När det yttre elektriska fältet avlägsnas försvinner också deformationen eller spänningen. Detta fysiska fenomen kallas den omvända piezoelektriska effekten. Att använda den omvända piezoelektriska effekten kan göras till ultraljudsgeneratorer, piezoelektriska högtalare, piezokristalloscillatorer med en mycket stabil frekvens (som kvartsklockor och klockor med dag- och nattfel). Den omvända piezoelektriska effekten kan användas för generering av akustiska emissionssignaler. Eftersom piezoelektriska omvandlingselement har två viktiga egenskaper som är självgenererande och reversibla, plus dess ringa storlek, låga vikt, enkla struktur, tillförlitliga drift, hög naturliga frekvens, hög känslighet och höga signal-brusförhållande, får tillämpningen av piezoelektriska sensorer snabb utveckling. En mängd olika spänningsgeneratorer såsom piezoelektriska strömförsörjningar, gasspisar och självtändningsanordningar för bilmotorer utvecklade med hjälp av den positiva piezoelektriska effekten i testtekniken, det piezoelektriska omvandlingselementet är ett typiskt kraftavkännande element, som kan mäta den slutliga föränderliga. Dessa fysiska storheter som tryck, stötar, applikationer och därför mekaniska krafter, vibrationer, t.ex. piezoelektriska sensorer kan ses inom ett brett spektrum av områden som akustik, mekanik, medicin och flyg. Vad som är mer betydelsefullt är att enligt resultaten av bio-piezoelektrik är det känt att levande varelser har piezoelektricitet, och olika mänskliga sinnesorgan är faktiskt bio-piezoelektriska sensorer. Om frakturen behandlas enligt den positiva piezoelektriska effekten kan läkningen påskyndas; den omvända piezoelektriska effekten kan användas för att driva benen för att korrigera deformerade ben och andra funktioner. Den största nackdelen med piezoelektriska omvandlingselement är att de inte har någon statisk utgång, vilket kräver hög elektrisk utgångsimpedans, och kräver kablar med låg kapacitans och låg brus. Driftstemperaturen för många piezoelektriska material är bara cirka 250 ° C.