Aplicação de cerâmica piezoelétrica usada no transdutor de distância ultra-sônica

Nos últimos 20 anos,Custo de cristal piezoelétricodesenvolveu-se rapidamente em casa e no exterior. Devido às suas vantagens de produção simples, baixo custo e boa estabilidade, eles têm sido amplamente utilizados nos campos de eletrônica, luz, calor e acústica, e têm uma ampla gama. Transdutores ultra-sônicos são feitos de cerâmica piezoelétrica que podem produzir ondas ultrassônicas com boa diretividade. Eles são ideais para medir parâmetros, como velocidade e distância, e podem trabalhar de forma estável e confiável sob as duras condições ambientais.

Sobre o dispositivo de variação ultra-sônica, a ultra-sônica refere-se a ondas sonoras com uma frequência superior a 20 kHz, que é uma onda mecânica. Devido à sua boa direcionalidade e tolerância ao meio ambiente, é usado na tecnologia de medição de torque. Dispositivo de distância ultra-sônica é uma técnica que não é de contato. Os métodos incluem principalmente método de pulso, método de fase e método de conversão de freqüência. Dispositivo ultra-sônico usa principalmente o método de pulso. O método de pulso determina diretamente o valor de distância medindo o tempo durante o qual o sinal de pulso da portadora viaja para frente e para trás ao longo da distância para ser medido. A fórmula de.geração de energia de placa piezoé d = vt2d / 2, onde D é a distância a ser medida; V é a velocidade de propagação do transportador no ar; T2D é o tempo de viagem de ida e volta da transportadora. A precisão do método de pulso é afetada pela precisão da medição do tempo, e a precisão da medição do tempo é afetada pela frequência de oscilação. Se a onda ultra-sônica for usada como transportadora e a precisão da medição de distância for d≤1cm, a precisão do teste de tempo é necessária para ser t≤5,9 × 10-5s, isto é, desde que a frequência de oscilação atinja 1,7 × 104 Hz, Isso é muito fácil de implementar.

Transdutores ultra-sônicos piezoelétricos são feitos usando o efeito piezoelétrico de materiais piezoelétricos. O material piezoelétrico polarizado sofre deformação mecânica sob a ação de um campo elétrico aplicado. Isso é chamado de efeito piezoelétrico inverso. Por outro lado, a deformação mecânica do material piezoelétrico também produz uma tensão, que é chamada de efeito piezoelétrico positivo. Usando o efeito piezoelétrico inverso, a tensão de alta frequência pode ser convertida em vibração mecânica de alta frequência para gerar ondas ultrassônicas; O efeito piezoelétrico positivo também pode ser usado para converter a vibração ultra-sônica de recebimento em um sinal elétrico. É assim que o transdutor ultra-sônico funciona. Transdutores ultra-sônicos piezoelétricos podem ser vistos como redes de quatro terminais com extremidades elétricas e mecânicas.

A escolha de materiais piezoelétricosPlacas elétricas de piezo.É que os materiais piezoelétricos para fazer transdutores ultra-sônicos incluem cristais únicos piezoelétricos, cerâmica piezoelétrica policristalina, polímeros piezoelétricos e materiais compósitos piezoelétricos. Entre eles, a cerâmica piezoelétrica de titanato de zircão tem as vantagens de alta resistência mecânica, temperatura e resistência a umidade, baixo custo e bom efeito de acoplamento eletromecânico, e foram amplamente utilizados em transdutores ultra-sônicos. O transdutor ultra-sônico no localizador de alcance ultra-sônico usa o chumbo zirconato titanato piezoelétrico cerâmico como o material vibrador.

Se dois alongadosCristal piezoelétrico de disco piezoelétricoDa mesma espessura e polarizado são ligados juntos, a vibração de flexão pode ser gerada quando um campo elétrico emocionante é aplicado para ser alongado e o outro a ser encurtado. As duas folhas cerâmicas de piezo que são ligadas são polarizadas nas direções opostas e são conectadas em série à fonte de alimentação; Os modos de conexão paralela das duas folhas cerâmicas de piezo com a mesma direção de polarização são mostradas. Em duas chapas adesivas de cerâmica piezo, o campo elétrico excita apenas um deles a produzir vibração de flexão. Da mesma forma, vinculando duas folhas cerâmicas piezoelétricas para uma folha de metal fina, ou ligando uma folha de cerâmica a uma folha de metal fina, também pode produzir uma espessura de vibração de flexão. A frequência ressonante FR do modo de vibração de flexão e o comprimento da folha. A relação entre a espessura total T e a folha adesiva é fr = NLTTL2, onde a NLT é uma constante de frequência. O modo de vibração de flexão de espessura é aplicável a uma faixa de freqüência de 500 Hz a 100 kHz. O tamanho de tal vibrador é geralmente a largura da folha de cerâmica, L = (6 ~ 10) W W ≥ 3.5t. O modo de vibração de cisalhamento de espessura é caracterizado por a superfície do eletrodo é paralela à direção de polarização, e a folha de cerâmica piezo é submetida a vibração de cisalhamento na direção de espessura sob a ação de um campo elétrico alternado. O modo de cisalhamento de espessura é relativamente fácil de ser animado e é usado principalmente no intervalo de alta frequência de 10 a 60 kHz, que não será descrito em detalhes. No localizador de alcance ultra-sônico, o transdutor piezoelétrico emite ondas ultra-sônicas, e a amplitude da vibração vibradora é grande, então o modo de vibração de flexão é preferível. Ao mesmo tempo, porque a impedância acústica do ar é extremamente baixa, é impossível que um material piezoelétrico geral alcance a impedância correspondente e, portanto, deve ser realizada por meio de uma camada de transição. Verifica-se que a cerâmica piezoelétrica peça é ligada à fina peça de metal, e oultra-som transdutor piezoelétricoé usado como a fonte de excitação para gerar um modo de vibração de flexão, que tem uma amplitude grande e uma pequena impedância acústica, e pode alcançar a impedância acústica que corresponda ao ar. . Este artigo está na forma de uma estrutura colada de folhas cerâmicas de piezo e folhas de metal finas.

As folhas finas de metal também podem atuar como um filme protetor para proteger as cerâmicas e eletrodos piezoelétricos de desgaste e danos. O material pode ser selecionado a partir de liga de titânio de cromo de níquel de alta estabilidade. Como o metal mais fino é o maior, a pressão sonora é reciprocando a transmissão, a peça de metal é projetada para ser fina, geralmente cerca de 0,1 mm. A forma e o tamanho do vibrador no localizador de gama ultrassônica exigem que o campo ultra-sônico transmitido seja em forma, considerando o uso de um vibrador retangular como a fonte de onda. Uma fonte de onda retangular de comprimento L e largura W é usada para vibração do pistão, e o campo de som de onda longitudinal é irradiado no meio de gás é semelhante à fonte de disco. O principal feixe da radiação é uma pirâmide quadrangular, é uma vista em perspectiva do lóbulo principal direcional da fonte de onda retangular. O localizador de gama ultra-sônica emite uma onda ultra-sônica de 36 kHz para frequência única, ou seja, a frequência ressonante do oscilador cerâmico piezoelétrico é de 36 kHz. Essa frequência não só satisfaz os requisitos do sistema para faixa de detecção, precisão e sensibilidade, mas também faz com que as ondas ultra-sônicas transmitidas tenham maior eficiência na propagação de ar. Através do cálculo da fórmula e correção experimental, o tamanho do vibrador retangular cerâmico piezoelétrico é determinado como: L = 26,5 mm, W = 11.2mm, o transdutor piezoelétrico é projetado como uma estrutura próxima da ressonância de freqüência fundamental, e a casca é feita de plástico de engenharia. Pode corrigir e proteger folhas de metal e cerâmica. Os dois pinos de eletrodos são respectivamente conectados ao eletrodo do metal e a peça cerâmica através dos fios de chumbo, e a maneira de conexão pode ser soldada por cola condutora de solda ou baixa temperatura.