Arbetsprincip för piezoelektrisk keramisk givare

Översikt över piezoelektriska keramiska givare

Piezoelektrisk keramisk givare är sammansatt av piezoelektrisk keramisk kristall och lätta och tunga två metaller. Efter polarisationsbehandling vid en viss temperatur har den piezoelektrisk effekt. Piezoelektriska keramiska ultraljudsgivare har kommit in i människors forskningsfält under lång tid. Den är lätt att tillverka, har stark styrbarhet, hög känslighet och bra elektromekanisk koppling. Givarna  är  utvecklade baserade på piezoelektrisk keramik, inklusive kraft-ultraljudsgivare och detekterande ultraljudsgivare.

Ultraljudsteknik är en allmänt använd oförstörande testteknik. Den är baserad på akustisk teori och används kontinuerligt inom områdena elektronik, kommunikation, medicin, biologi och fysik. I modern detektionsteknik får givare som utvecklats med hjälp av ultraljudsteknik mer och mer uppmärksamhet på grund av deras höga känslighet och höga noggrannhet.

Vanligt använda givare i inspektionsprocessen är piezoringgivare, magnetostriktiva givare, elektromagnetiska akustiska givare och lasergivare. Den mest använda är den piezoelektriska givaren, dess kärnkomponent är det piezoelektriska chipet. Den piezoelektriska skivan kan deformeras av trycket, vilket leder till polarisering av själva skivan, och positiva och negativa bundna laddningar uppträder på skivans yta. Denna effekt är en piezoelektrisk effekt. Dessutom är den piezoelektriska effekten reversibel, det vill säga den deformeras när en spänning appliceras på skivan. I detekteringsprocessen kan ultraljudssensorn generera ultraljudsvågor genom att använda den omvända piezoelektriska effekten och använda den piezoelektriska effekten för att uppnå syftet med att ta emot ultraljudsvågor. Piezoelektriska keramiska ultraljudsgivare har kommit in i människors forskningsfält under lång tid. Den är lätt att tillverka, har stark styrbarhet, hög känslighet och bra elektromekanisk koppling. Givare utvecklade baserade på piezoelektrisk keramik inkluderar kraft-ultraljudsgivare och detekterings-ultraljudsgivare.

Arbetsprincip för piezoelektrisk keramisk givare

Principen för piezoelektriska keramiska omvandlare är att när tryck eller spänning appliceras på pzt  -keramiken, genereras laddningar av motsatta polariteter i båda ändarna av keramen, och ström genereras genom kretsen. Denna effekt kallas den piezoelektriska effekten. Om en givare gjord av denna piezoelektriska keramik placeras i vatten, kommer under inverkan av ljudvågor laddningar att induceras i båda ändarna av givaren, som är en akustisk vågmottagare. Dessutom är den piezoelektriska effekten reversibel. Om ett växlande elektriskt fält appliceras på den piezoelektriska keramiska skivan, kommer den piezokeramiska skivan att bli tunnare och tjockare då och då, och samtidigt generera vibrationer och avge ljudvågor. Därför är problemet med ultraljudssändaren löst.

Det finns två typer av piezokeramiska ringkomponenter  mag netostriktiv metall och piezoelektrisk keramik. Syftet med denna artikel är att designa givare för mekanisk ultraljudsbearbetning med hög effekt, så endast piezoelektriska keramiska givare diskuteras. Som ett slags energiöverföringsnätverk har en piezoelektrisk keramisk givare problemet med energiomvandlingseffektivitet. Konverteringseffektiviteten är relaterad till valet av givarmaterial, vibrationsform, struktur på mekaniskt vibrationssystem (inklusive stödmekanism) och arbetsfrekvens. Vid konstruktionen av ultraljudsgivare bör därför olika faktorer beaktas, såsom akustisk impedans, frekvenssvar, impedansanpassning, akustisk struktur, vibrationsläge och omvandlingsmaterial, samt hur man designar och koordinerar dessa faktorer för att uppnå bästa värde för elektroakustisk omvandling.

Piezoelektrisk keramisk givare är ett elektroniskt keramiskt material med piezoelektriska egenskaper. Huvudskillnaden från en typisk piezoelektrisk kvartskristall som inte innehåller ferroelektriska komponenter är att kristallfaserna som utgör dess huvudkomponenter är ferroelektriska kristallkorn. Eftersom piezokeramer är polykristallina aggregat med slumpmässigt orienterade korn, är den spontana polarisationsvektorn för varje ferroelektrisk korn också desorienterad. För att piezokeramiken ska uppvisa makropiezoelektriska s egenskaper måste den piezoelektriska keramiken polariseras i ett starkt elektriskt likströmsfält efter bränning, och ändytan utsätts för flera elektroder, så att polarisationsvektorn för den ursprungliga störningsorienteringen är företrädesvis orienterad i det elektriska fältets riktning. Efter polarisationsbehandlingen kommer den piezoelektriska keramiken att bibehålla en viss makrorestpolarisationsintensitet, så att keramiken har ett visst tryck.

Applicering av piezoelektrisk keramisk givare

På grund av de beröringsfria fördelarna med ultraljudsteknik, försök att tillämpa piezoelektriska keramiska ultraljudsgivare till vätskekoncentrationsdetektionssystemet. Chipet i systemet använder Spartan 3E-serien FPGA. Den piezoelektriska keramiska givaren spelar en viktig roll vid sändning och mottagning av signaler. Ultraljudssignalen med en viss frekvens och amplitud som genereras av givaren drivs in i vätskan genom sändningskretsen. Efter att signalen dämpats av vätskan kan signalen med vätskekoncentrationsinformation tas emot från den mottagande givaren. Genom analys av ljuddämpningsmetoden erhålls den ungefärliga koncentrationen av vätskan effektivt. Systemets mjukvarudesign inkluderar huvudprogrammet, ultraljudsmätningsprogram, pulskontrollprogram, pulssändtagareprogram, ADC-insamlingskontrollprogram och klocka och larmprogram.

I experimentet kan den statiska vätskan mätas först, ultraljudsdämpningsmetoden används för att analysera signalen som samlas in i den mottagande änden, enveloppen bearbetas och koncentrationsinformationen erhålls genom att kombinera signalens utbredningsväg (rördiameter). Sedan utförs den dynamiska mätningen av den dynamiska vätskan, och signalutbredningsvägen måste beakta vätskans flödeshastighet för att beräkna den ungefärliga vägen.