Принцип роботи п'єзоелектричного керамічного перетворювача

Огляд П'єзоелектричні керамічні перетворювачі

П'єзоелектричний керамічний перетворювач складається з п'єзоелектричного керамічного кристала та двох легких і важких металів. Після поляризаційної обробки при певній температурі він має п'єзоелектричний ефект. П'єзоелектричні керамічні ультразвукові перетворювачі вже давно увійшли в поле досліджень людей. Він простий у виготовленні, має сильну керованість, високу чутливість і хороший електромеханічний зв'язок. Перетворювачі  , розроблені  на основі п’єзоелектричної кераміки, включають потужні ультразвукові перетворювачі та ультразвукові перетворювачі виявлення.

Ультразвукова технологія є широко використовуваною технологією неруйнівного контролю. Він базується на акустичній теорії та постійно використовується в галузях електроніки, зв’язку, медицини, біології та фізики. У сучасній технології виявлення перетворювачі, розроблені з використанням ультразвукової технології, привертають все більше уваги через їх високу чутливість і високу точність.

Перетворювачі, які зазвичай використовуються в процесі перевірки , це перетворювачі з п’єзокільцями, магнітострикційні перетворювачі, електромагнітні акустичні перетворювачі та лазерні перетворювачі. Найбільш часто використовуваним є п’єзоелектричний перетворювач, його основним компонентом є п’єзоелектричний чіп. Під дією тиску п’єзоелектрична пластина може деформуватися, що призводить до поляризації самої пластини, і на поверхні пластини з’являються позитивні та негативні зв’язані заряди. Цей ефект є п'єзоелектричним. Крім того, п'єзоелектричний ефект є оборотним, тобто він деформується при подачі напруги на пластину. У процесі виявлення ультразвуковий датчик може генерувати ультразвукові хвилі за допомогою зворотного п’єзоелектричного ефекту та використовувати п’єзоелектричний ефект для досягнення мети отримання ультразвукових хвиль. П'єзоелектричні керамічні ультразвукові перетворювачі вже давно увійшли в поле досліджень людей. Він простий у виготовленні, має сильну керованість, високу чутливість і хороший електромеханічний зв'язок. Перетворювачі, розроблені на основі п’єзоелектричної кераміки, включають потужні ультразвукові перетворювачі та ультразвукові перетворювачі виявлення.

Принцип роботи п'єзоелектричного керамічного перетворювача

Принцип роботи п’єзоелектричних керамічних перетворювачів полягає в тому, що коли тиск або напруга прикладається до кераміки pzt  , заряди протилежної полярності генеруються на обох кінцях кераміки, і струм генерується через ланцюг. Цей ефект називається п'єзоелектричним. Якщо перетворювач з цієї п'єзокераміки помістити у воду, то під дією звукових хвиль будуть індукуватися заряди на обох кінцях перетворювача, який є приймачем акустичної хвилі. Крім того, п'єзоелектричний ефект є оборотним. Якщо до п’єзоелектричного керамічного листа прикладати змінне електричне поле, п’єзокерамічний лист час від часу ставатиме тоншим і товщім і водночас створюватиме вібрацію та випромінюватиме звукові хвилі. Таким чином, проблема ультразвукового передавача вирішена.

Є два типи п'єзокерамічні кільцеві компоненти  , магнетострикційний метал і п'єзоелектрична кераміка. Метою цієї статті є розробка перетворювачів для високопотужної механічної ультразвукової обробки, тому обговорюються лише п’єзоелектричні керамічні перетворювачі. Як свого роду мережа передачі енергії, п'єзоелектричний керамічний перетворювач має проблему ефективності перетворення енергії. Ефективність перетворення пов'язана з вибором матеріалу перетворювача, форми вібрації, структури механічної вібраційної системи (включаючи опорний механізм) і робочої частоти. Тому при проектуванні ультразвукових перетворювачів слід враховувати різні фактори, такі як акустичний імпеданс, частотна характеристика, узгодження імпедансу, акустичну структуру, режим вібрації та матеріали перетворення, а також те, як проектувати та координувати ці фактори для досягнення найкращого значення електроакустичного перетворення.

П'єзоелектричний керамічний перетворювач - це електронний керамічний матеріал з п'єзоелектричними характеристиками. Основна відмінність від типового п'єзоелектричного кристала кварцу, який не містить сегнетоелектричних компонентів, полягає в тому, що кристалічні фази, які складають його основні компоненти, є сегнетоелектричними кристалічними зернами. Оскільки п’єзокераміка є полікристалічними агрегатами з хаотично орієнтованими зернами, вектор спонтанної поляризації кожного сегнетоелектричного зерна також дезорієнтований. Для того, щоб п’єзокераміка демонструвала макроп’єзоелектричні властивості, п’єзокераміка s повинна бути поляризована в сильному електричному полі постійного струму після випалу, а торець піддається впливу кількох електродів, щоб вектор поляризації початкової орієнтації розладу був переважно орієнтований у напрямку електричного поля. Після поляризаційної обробки п'єзоелектрична кераміка буде підтримувати певну макрозалишкову інтенсивність поляризації, щоб кераміка мала певний тиск.

Застосування п'єзоелектричного керамічного перетворювача

Завдяки безконтактним перевагам ультразвукової технології спробуйте застосувати п'єзоелектричні керамічні ультразвукові перетворювачі до системи визначення концентрації рідини. Мікросхема в системі використовує FPGA серії Spartan 3E. П'єзоелектричний керамічний перетворювач відіграє важливу роль у передачі та прийомі сигналів. Ультразвуковий сигнал певної частоти та амплітуди, що генерується перетворювачем, направляється в рідину через передавальний контур. Після ослаблення сигналу рідиною сигнал із інформацією про концентрацію рідини можна отримати від приймального перетворювача. Завдяки аналізу методу послаблення звуку можна отримати приблизну концентрацію рідини. Програмне забезпечення системи включає основну програму, програму ультразвукових вимірювань, програму керування імпульсами, програму приймача імпульсів, програму керування збором даних АЦП та програму годинника та будильника.

В експерименті спочатку можна виміряти статичну рідину, метод ультразвукового ослаблення використовується для аналізу сигналу, зібраного на приймальному кінці, огинаюча обробляється, а інформація про концентрацію отримується шляхом комбінування шляху поширення сигналу (діаметр труби). Потім виконується динамічне вимірювання динамічної рідини, і шлях поширення сигналу повинен враховувати швидкість потоку рідини, щоб обчислити приблизний шлях.