Aplicación de cerámica piezoeléctrica utilizada en transductor de distancia ultrasónica.

En los últimos 20 años,Costo de cristal piezoeléctricoSe ha desarrollado rápidamente en casa y en el extranjero. Debido a sus ventajas de la producción simple, el bajo costo y la buena estabilidad, se han utilizado ampliamente en los campos de la electrónica, la luz, el calor y la acústica, y tienen una amplia gama. Los transductores ultrasónicos están hechos de cerámica piezoeléctrica que pueden producir ondas ultrasónicas con buena directividad. Son ideales para medir parámetros como la velocidad y la distancia, y pueden trabajar de manera estable y confiable bajo las duras condiciones ambientales.

Acerca del dispositivo de rango ultrasónico, el ultrasónico se refiere a las ondas de sonido con una frecuencia superior a 20 kHz, que es una onda mecánica. Debido a su buena direccionalidad y tolerancia al medio ambiente, se utiliza en la tecnología de medición de par. El dispositivo de rango ultrasónico es una técnica de rango sin contacto. Los métodos incluyen principalmente el método de pulso, el método de fase y el método de conversión de frecuencia. El dispositivo de rango ultrasónico utiliza principalmente el método de pulso. El método de pulso determina directamente el valor de distancia midiendo el tiempo durante el cual la señal del pulso portador se desplaza hacia adelante y hacia atrás sobre la distancia a medir. La fórmula deGeneración de energía PIZO PLACAes D = VT2D / 2, donde D es la distancia a medir; V es la velocidad de propagación del portador en el aire; T2D es el Tiempo de ida y vuelta del transportista. La precisión del método de pulso se ve afectado por la precisión de la medición del tiempo, y la precisión de la medición del tiempo se ve afectada por la frecuencia de oscilación. Si la onda ultrasónica se usa como portador y la precisión de la medición de la distancia es D≤1 cm, se requiere la precisión de la prueba de tiempo para que sea T≤5.9 × 10-5s, es decir, siempre que la frecuencia de oscilación alcance 1,7 × 104 Hz, Esto es muy fácil de implementar.

Los transductores ultrasónicos piezoeléctricos se realizan utilizando el efecto piezoeléctrico de los materiales piezoeléctricos. El material piezoeléctrico polarizado sufre una deformación mecánica bajo la acción de un campo eléctrico aplicado. Esto se llama el efecto piezoeléctrico inverso. A la inversa, la deformación mecánica del material piezoeléctrico también produce un voltaje, que se denomina efecto piezoeléctrico positivo. Al utilizar el efecto piezoeléctrico inverso, el voltaje de alta frecuencia se puede convertir en vibración mecánica de alta frecuencia para generar ondas ultrasónicas; El efecto piezoeléctrico positivo también se puede usar para convertir la vibración ultrasónica de recibir en una señal eléctrica. Así es como funciona el transductor ultrasónico. Los transductores ultrasónicos piezoeléctricos se pueden ver como redes de cuatro terminales con extremos eléctricos y mecánicos.

La elección de materiales piezoeléctricos.Placas eléctricas PIZOEs que los materiales piezoeléctricos para fabricar transductores ultrasónicos incluyen cristales individuales piezoeléctricos, cerámica piezoeléctrica policristalina, polímeros piezoeléctricos altos y materiales compuestos piezoeléctricos. Entre ellos, los plomo Zirconate Titanate Cerámica piezoeléctrica tienen las ventajas de la alta resistencia mecánica, la temperatura y la resistencia a la humedad, el bajo costo y el buen efecto de acoplamiento electromecánico, y se han utilizado ampliamente en los transductores ultrasónicos. El transductor ultrasónico en el buscador de rango ultrasónico utiliza la cerámica piezoeléctrica de titanato de zirconato de plomo como el material vibrador.

Si dos alargadosCristal piezoeléctrico de disco piezoeléctricoDel mismo espesor y polarizado se unen entre sí, se puede generar la vibración de doblado cuando se aplica un campo eléctrico emocionante para que la causa sea alargada y la otra se acorte. Las dos hojas cerámicas piezoicas que están unidas se polarizan en las direcciones opuestas, y están conectadas en serie a la fuente de alimentación; Se muestran los modos de conexión paralelos de las dos hojas cerámicas piezoeléctricas que tienen la misma dirección de polarización. En dos hojas de adhesivo de cerámica piezo, el campo eléctrico solo la excita a uno de ellos para producir vibraciones de flexión. De manera similar, vinculando dos hojas de cerámica piezoeléctrica a una lámina de metal delgada, o unir una lámina de cerámica a una lámina de metal delgada, también puede producir un espesor de vibración de flexión. La frecuencia de resonancia FR del modo de vibración de flexión y la longitud de la hoja. La relación entre el grosor total T y la lámina adhesiva es FR = NLTTL2, donde la NLT es una constante de frecuencia. El modo de vibración de flexión de espesor es aplicable a un rango de frecuencia de 500 Hz a 100 kHz. El tamaño de un vibrador de este tipo es generalmente el ancho de la hoja de cerámica, L = (6 ~ 10) W W ≥ 3.5T. El modo de vibración de cizallamiento de espesor se caracteriza porque la superficie del electrodo es paralela a la dirección de polarización, y la lámina de cerámica piezo se somete a la vibración de corte en la dirección de espesor debajo de la acción de un campo eléctrico alterno. El modo de cizallamiento de grosor es relativamente fácil de emocionarse, y se usa principalmente en el rango de alta frecuencia de 10 a 60 kHz, lo que no se describirá en detalle. En el buscador de rango ultrasónico, el transductor piezoeléctrico emite ondas ultrasónicas, y la amplitud de la vibración vibradora es grande, por lo que es preferible el modo de vibración de flexión. Al mismo tiempo, debido a que la impedancia acústica del aire es extremadamente baja, es imposible que un material piezoeléctrico general logre la impedancia que coincida con ella y, por lo tanto, debe realizarse por medio de una capa de transición. Se encuentra que la cerámica piezoeléctrica. la pieza está unida a la pieza de metal delgada, y laUltrasonido de transductor piezoeléctricoSe utiliza como fuente de excitación para generar un modo de vibración de flexión, que tiene una amplitud grande y una pequeña impedancia acústica, y puede lograr una impedancia acústica que coincida con el aire. . Este artículo está en forma de una estructura unida de hojas de cerámica piezo y hojas de metal delgadas.

Las hojas de metal delgadas también pueden actuar como una película protectora para proteger las cerámicas piezoeléctricas y los electrodos del desgaste y el daño. El material se puede seleccionar de una aleación de titanio de níquel de alta estabilidad. Dado que el metal más delgado es el más alto, la presión del sonido es la transmitancia alternativa, la pieza de metal está diseñada para ser delgada, generalmente de aproximadamente 0,1 mm. La forma y el tamaño del vibrador en el buscador de rango ultrasónico requiere que el campo ultrasónico transmitido sea ventilador. Con forma, teniendo en cuenta el uso de un vibrador rectangular como fuente de onda. Una fuente de onda rectangular de longitud L y el ancho W se usa para la vibración del pistón, y el campo de sonido de onda longitudinal se irradia en el medio de gas es similar a la fuente del disco. El haz principal de la radiación es una pirámide cuadrangular, es una vista en perspectiva del lóbulo principal direccional de la fuente de onda rectangular. El buscador de rango ultrasónico emite una onda ultrasónica de 36 kHz para la frecuencia única, es decir, la frecuencia resonante del oscilador cerámico piezoeléctrico es de 36 kHz. Esta frecuencia no solo satisface los requisitos del sistema para el rango de detección, la precisión y la sensibilidad, sino que también hacen que las ondas ultrasónicas transmitidas tengan una mayor eficiencia en la propagación del aire. A través del cálculo de fórmulas y la corrección experimental, el tamaño del vibrador rectangular cerámico piezoeléctrico se determina como: L = 26.5mm, W = 11.2mm, el transductor piezoeléctrico está diseñado como una estructura cercana de resonancia de frecuencia fundamental, y la cubierta está hecha de Plástico de ingeniería. Puede arreglar y proteger las hojas de adhesivo de metal y cerámica. Los dos pasadores de electrodos están conectados respectivamente al electrodo del metal y la pieza de cerámica a través de los cables de plomo, y la forma de conexión se puede soldar por soldadura o pegamento conductor de baja temperatura.