Princip och materialklassificering av piezoelektrisk keramisk ultraljudsgivare

Principen för den piezoelektriska effekten av en piezoelektrisk keramisk skiva med ultraljud är att om tryck appliceras på ett piezoelektriskt material kommer det att generera en potentialskillnad (kallad positiv piezoelektrisk effekt), och om en spänning appliceras kommer den att generera mekanisk påkänning (kallad den omvända piezoelektriska effekten). piezokeramiska element ring ). Om trycket är högfrekvent vibration kommer högfrekvent ström att genereras. När en högfrekvent elektrisk signal appliceras på en piezoelektrisk keramik genereras en högfrekvent akustisk signal (mekanisk vibration), vilket är vad vi brukar kalla en ultraljudssignal. Med andra ord har piezoelektrisk keramik funktionen av omvandling och invers omvandling mellan mekanisk energi och elektrisk energi. Denna ömsesidiga relation är mycket intressant.

Den är uppdelad i piezoelektriska keramiska kristaller och piezokeramiska element med ultraljud . Piezoelektriska kristaller hänvisar vanligtvis till piezoelektriska enkristaller, och piezoelektriska keramik hänvisar vanligtvis till piezoelektriska polykristaller. Piezoelektrisk keramik är en typ av polykristaller som bildas genom blandning, gjutning och sintring av högtemperaturråmaterial med de nödvändiga komponenterna, såväl som oregelbundna fina partiklar som erhålls genom fastfasreaktion och sintring mellan partiklar. Piezokeramiska plattor med piezoelektriska egenskaper kallas piezoelektrisk keramik, som egentligen är ferroelektrisk piezokeramik. Kornen i denna piezokeram har ferroelektriska domäner. De ferroelektriska domänerna är sammansatta av 180 domäner med antiparallella spontana polarisationsriktningar och 90 domäner med vinkelräta spontana polarisationsriktningar. Under tillstånd av artificiell polarisation (tillämpning av förbättrat elektriskt DC-fält) är dessa domäner perfekt inriktade i riktningen för det externa elektriska fältet, och den återstående polarisationsstyrkan bibehålls efter att det externa elektriska fältet har tagits bort, så att de har makroskopiska piezoelektriska egenskaper. Till exempel bariumtitanat Bt, blyzirkonattitanat PZT, modifierat blyzirkonattitanat, blymetaniobat, litiumblyniobatbarium pbln, modifierat blytitanat pt och liknande. Den framgångsrika utvecklingen av detta PZT-material har främjat förbättringen och förbättringen av prestandan hos olika piezoelektriska enheter av akustiska ultraljudsgivare och piezoelektriska sensorer.

Den piezoelektriska effekten av det piezoelektriska keramiska arket med ultraljud betyder att strukturen hos vissa enstaka piezokristallmaterial har asymmetriska egenskaper. När dessa PZT-material utsätts för applicerad spänning och töjning, kommer förändringar (deformation) i den inre gitterstrukturen att förstöra originaliteten hos den elektriska neutraliteten. Det makroskopiska tillståndet genererar ett polariserat elektriskt fält (polarisation), och det genererade elektriska fältet (polarisationsintensiteten) är proportionell mot töjningens storlek. Detta fenomen kallas den positiva piezoelektriska effekten, som upptäcktes av bröderna Curie 1880. Senare, 1881, upptäcktes det ytterligare att detta enkristallmaterial också har en omvänd piezoelektrisk effekt. När ett material med positiv piezoelektrisk effekt utsätts för ett externt elektriskt fält, kommer spänningar och töjningar att genereras, och töjningen är proportionell mot storleken på det externa elektriska fältet. Piezoelektrisk effekt är en egenskap hos kristallstrukturen, som är relaterad till kristallstrukturens asymmetri, och den piezoelektriska effektens storlek och karaktär är relaterad till riktningen för den applicerade spänningen eller det elektriska fältet i förhållande till kristallaxeln. Det finns en mängd olika PZT högeffekts piezokeramiska kristallmaterial med piezoelektriska effekter, såsom naturliga kvartskristaller (SiO 2) och artificiella enkristallmaterial, såsom litiumsulfat (Li2SO4), litiumniobat (LiNbO3) och liknande.