Anwendung der piezoelektrischen Keramik, die in Ultraschallstreckenwandler verwendet wird

In den letzten 20 Jahren,piezoelektrische Kristallkostenhat sich im In- und Ausland schnell entwickelt. Aufgrund ihrer Vorteile von einfacher Produktion, niedriger Kosten und guter Stabilität wurden sie in den Bereichen Elektronik, Licht, Wärme und Akustik weit verbreitet und haben einen weiten Bereich. Ultraschallwandler bestehen aus piezoelektrischen Keramik, die Ultraschallwellen mit guter Richtlinie erzeugen können. Sie sind ideal für die Messung von Parametern wie Geschwindigkeit und Entfernung und können unter den harten Umgebungsbedingungen stabil und zuverlässig arbeiten.

Über das Ultraschallbereichsgerät bezieht sich Ultraschall auf Schallwellen mit einer Frequenz von mehr als 20 kHz, was eine mechanische Welle ist. Aufgrund seiner guten Richtung und Toleranz gegenüber der Umwelt wird es in der Drehmomentmessungstechnologie verwendet. Das Ultraschallbereichsgerät ist eine nichtkontakte Fernstufetechnik. Die Methoden umfassen hauptsächlich Pulsmethoden, Phasenmethoden und Frequenzumwandlungsmethode. Das Ultraschallbereichsgerät verwendet hauptsächlich die Impulsmethode. Die Impulsmethode bestimmt direkt den Entfernungswert, indem die Zeit gemessen wird, in der das Trägerimpulssignal über den zu gemessenen Abstand hin und her fährt. Die Formel vonPiezo -Plattenergie -Erzeugungist d = vt2d/2, wobei D der Abstand ist; V ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Trägers in Luft; T2D ist die Trägerrundfahrt. Die Genauigkeit der Impulsmethode wird durch die Genauigkeit der Zeitmessung beeinflusst, und die Genauigkeit der Zeitmessung wird durch die Oszillationsfrequenz beeinflusst. Wenn die Ultraschallwelle als Träger verwendet wird und die Entfernungsmessgenauigkeit d ≤ 1 cm beträgt, muss die Zeitprüfgenauigkeit t ≤ 5,9 × 10-5s erforderlich sein, dh solange die Oszillationsfrequenz 1,7 × 104 Hz erreicht, Dies ist sehr einfach zu implementieren.

Piezoelektrische Ultraschallwandler werden unter Verwendung des piezoelektrischen Effekts von piezoelektrischen Materialien hergestellt. Das polarisierte piezoelektrische Material wird unter der Wirkung eines angelegten elektrischen Feldes mechanischer Verformung erfasst. Dies wird als inverse piezoelektrische Effekt bezeichnet. Umgekehrt erzeugt die mechanische Verformung des piezoelektrischen Materials auch eine Spannung, die als positiver piezoelektrischer Effekt bezeichnet wird. Durch die Verwendung des inversen piezoelektrischen Effekts kann die Hochfrequenzspannung in mechanische Hochfrequenzvibrationen umgewandelt werden, um Ultraschallwellen zu erzeugen. Der positive piezoelektrische Effekt kann auch verwendet werden, um die Empfangs -Ultraschallvibration in ein elektrisches Signal umzuwandeln. So funktioniert der Ultraschallwandler. Piezoelektrische Ultraschallwandler können als vier terminale Netzwerke mit elektrischen und mechanischen Enden angesehen werden.

Die Wahl der piezoelektrischen MaterialienPiezo -Elektroplattenist, dass piezoelektrische Materialien zur Herstellung von Ultraschallwandlern piezoelektrische Einzelkristalle, piezoelektrische polystalline piezoelektrische Keramik, piezoelektrische Hochpolymere und piezoelektrische Verbundwerkstoffe umfassen. Unter ihnen haben die Piezoelektrik -Keramik von Bleizirkonat -Titanat die Vorteile einer hohen mechanischen Festigkeit, Temperatur- und Feuchtigkeitsbeständigkeit, niedrigen Kosten und einer guten elektromechanischen Kopplungseffekte und wurden in Ultraschallwandlern häufig verwendet. Der Ultraschallwandler im Ultraschallbereichsfinder verwendet die Piezoelektrik -Keramik der Bleizirkonat -Titanat als Vibratormaterial.

Wenn zwei längerpiezoelektrische ScheibepiezoelektrikumkristallVon der gleichen Dicke und polarisierten werden miteinander verbunden, kann eine Biegevibration erzeugt werden, wenn ein aufregendes elektrisches Feld angewendet wird, um verlängert zu werden, und das andere verkürzt werden. Die beiden gebundenen Piezo -Keramikblätter werden in die entgegengesetzten Richtungen polarisiert und in Reihe mit der Stromversorgung verbunden. Die parallele Verbindungsmodi der beiden Piezo -Keramikblätter mit der gleichen Polarisationsrichtung sind gezeigt. In zwei Piezo -Keramikkleberblättern erregt das elektrische Feld nur einen von ihnen, um eine Biegeschwingung zu erzeugen. In ähnlicher Weise kann die Bindung von zwei piezoelektrischen Keramikblättern an ein dünnes Metallblech oder das Binden eines Keramikblatts an ein dünnes Metallblech auch eine Biegeschwingendicke erzeugen. Die Resonanzfrequenz des Biegeschwingungsmodus und die Länge des Blattes. Die Beziehung zwischen der Gesamtdicke T und dem Kleberblatt ist FR = NLTTL2, wobei NLT eine Frequenzkonstante ist. Der Vibrationsmodus der Dicke ist auf einen Frequenzbereich von 500 Hz bis 100 kHz anwendbar. Die Größe eines solchen Vibrators ist im Allgemeinen die Breite des Keramikblatts, L = (6 ~ 10) W W ≥ 3,5 t. Der Modus der Dicke -Schervibration ist dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenoberfläche parallel zur Polarisationsrichtung ist und das Piezo -Keramikblatt unter der Wirkung eines alternierenden elektrischen Feldes einer Schervibration in der Dickenrichtung ausgesetzt ist. Der Schermodus der Dicken ist relativ leicht zu angeregt und wird hauptsächlich im Hochfrequenzbereich von 10 bis 60 kHz verwendet, was nicht ausführlich beschrieben wird. Im Ultraschallbereichsfinder emittiert der piezoelektrische Wandler Ultraschallwellen, und die Amplitude der Vibratorvibration ist groß, sodass der Biegevibrationsmodus vorzuziehen ist. Gleichzeitig ist es für ein allgemeines piezoelektrisches Material gleichzeitig unmöglich, die Luftimpedanz von Luft zu erreichen Das Stück ist an das dünne Metallstück gebunden, und dasPiezoelektrischer Wandler Ultraschallwird als Anregungsquelle verwendet, um einen Biegevibrationsmodus zu erzeugen, der eine große Amplitude und eine kleine akustische Impedanz aufweist und eine akustische Impedanz mit Luft erreichen kann. . Dieser Artikel ist in Form einer gebundenen Struktur von Piezo -Keramikblättern und dünnen Metallblättern.

Die dünnen Metallblätter können auch als Schutzfilm fungieren, um die piezoelektrische Keramik und Elektroden vor Verschleiß und Beschädigung zu schützen. Das Material kann aus Nickel -Chrom -Titanlegierung mit hoher Stabilität ausgewählt werden. Da das dünnere Metall umso höher ist, ist der Schalldruck die Huwigkeit der Sendung, das Metallstück ist so ausgelegt, dass es dünn ist, im Allgemeinen etwa 0,1 mm. Die Form und Größe des Vibrators im Ultraschallbereichsfinder erfordert, dass das übertragene Ultraschallfeld Lüfter ist. geformt unter Berücksichtigung der Verwendung eines rechteckigen Vibrators als Wellenquelle. Für die Kolbenvibration wird eine rechteckige Wellenquelle von L und Breite W verwendet, und das Längsschallfeld wird im Gasmedium ausgestrahlt wie die Scheibenquelle. Der Hauptstrahl der Strahlung ist eine viereckige Pyramide, eine perspektivische Ansicht des Richtungslappen der rechteckigen Wellenquelle. Der Ultraschallbereichsfinder gibt eine 36 kHz -Ultraschallwelle für die Einzelfrequenz aus, dh die Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Keramikoszillators beträgt 36 kHz. Diese Frequenz erfüllt nicht nur die Anforderungen des Systems für den Erkennungsbereich, die Genauigkeit und die Empfindlichkeit, sondern führt auch dazu, dass die übertragenen Ultraschallwellen eine höhere Effizienz der Luftausbreitung aufweisen. Durch die Formelberechnung und experimentelle Korrektur wird die Größe des piezoelektrischen Keramik -rechteckigen Vibrators als: l = 26,5 mm, W = 11,2 mm bestimmt Technik Kunststoff. Es kann Metall- und Keramikkleberblätter reparieren und schützen. Die beiden Elektrodenstifte sind jeweils mit der Elektrode des Metalls und des Keramikstücks durch die Bleidrähte verbunden, und die Anschlussweise kann durch Lot- oder Tieftemperaturleitfähigkeit gelötet werden.