Piezo -Effekt und piezoelektrischer akustischer Sensor

Akustische Emissionssignale propagieren sich in den festen Medien, die charakteristische Informationen von akustischen Emissionsquellen enthalten. Um diese Informationen zu verwenden, um die materiellen Eigenschaften oder die Entwicklung von Defekten widerzuspiegeln, ist es erforderlich, solche akustischen Emissionssignale auf festen Oberflächen zu erhalten. Akustische Emissionssignale sind transiente Zufallswellensignale mit einer minimalen vertikalen Verschiebung von etwa 10-7,10-14 Metern. Die Frequenz wird in der Infrastration auf Ultraschallfrequenzbereich verteilt (mehrere Hertz bis zehn Megahertz). Dies erfordert, dass Instrumente zur Erkennung von Akustikemissionen eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit, eine hohe Empfindlichkeit, einen hohen Verstärkung, einen breiten Dynamikbereich, eine starke Leistungsfähigkeit der Blockierung und eine Frequenzerkennung von aufweisenPiezo -Keramikscheibenkristallkann ausgewählt werden. Im tatsächlichen Akustikemissionserkennungsprozess sind die nachgewiesenen Signale häufig komplexe Signale, die mehrere Reflexionen und Wellenformtransformationen erfahren haben. Akustische Emissionssignale werden von Sensoren empfangen und in elektrische Signale umgewandelt. Die Sensoren ergeben eine Frequenzsensitivitätskurve gemäß einer bestimmten Kalibrierungsmethode. Basierend darauf können verschiedene Arten von Sensoren mit unterschiedlichen Frequenzen und Empfindlichkeiten gemäß dem Zweck und der Umgebung der Erkennung ausgewählt werden.

Der Ultraschallsensor basiert auf dem Prinzip, dass die physikalischen Eigenschaften bestimmter Substanzen (wie Halbleiter, Piezokeramik, piezoelektrische Kristalle, ferromagnetische Körper und Superkonferenz) wechseln, wobei die Messung von außen zu messen ist. Es verwendet viele Effekte (einschließlich physikalischer Effekte, chemische Effekte und biologische Effekte) und physikalische Phänomene, wie die Verwendung von Piezoresistenz, Feuchtigkeitsempfindlichkeit, Wärmeempfindlichkeit, Lichtempfindlichkeit, magnetische Empfindlichkeit und Gasempfindlichkeit von Materialien. Verschiebung, Magnetfeld, Gas wird gemessen und in Strom umgewandelt. Die Entdeckung und Nutzung neuer Prinzipien, neuer Effekte sowie die Entwicklung und Anwendung neuer physischer Materialien haben zur Entwicklung physikalischer Sensoren geführt. Es ist daher notwendig, die verschiedenen Effekte zu verstehen, auf die sich die Sensoren basieren, und sie zu verstehen, zu entwickeln und anzuwenden. Im akustischen Emissionserkennungsprozess wird normalerweise der piezoelektrische Effekt verwendet.

Der piezoelektrische Effekt ist reversibel, was ein allgemeiner Begriff für die positiven und negativen piezoelektrischen Effekte ist. Es ist üblich, den positiven piezoelektrischen Effekt als piezoelektrische Effekt zu bezeichnen.

Wenn bestimmte dielektrische Materialien vonPZT -Material Piezoelektrischer Keramikwerden durch externe Kraft in eine bestimmte Richtung deformiert, positive und negative Ladungen verschiedener Vorzeichen werden auf bestimmten Oberflächen des dielektrischen Materials erzeugt. Nachdem die externe Kraft entfernt wurde, kehren sie in einen ungeladenen Zustand zurück. Dieses Phänomen wird als positiver piezoelektrischer Effekt bezeichnet. Die durch eine dielektrische Kraft erzeugte Ladung ist proportional zur Größe der äußeren Kraft. Der Proportionalitätskoeffizient ist eine piezoelektrische Konstante, die mit der Richtung der mechanischen Verformung zusammenhängt. Es ist konstant für eine bestimmte Richtung eines bestimmten Materials. Die Polarität der durch eine dielektrischen Kraft erzeugten Ladung hängt von der Form der Verformung (Komprimierung oder Dehnung) ab. Materialien mit signifikanten piezoelektrischen Effekten werden als piezoelektrische Materialien bezeichnet. Häufig verwendete Einzelkristalle wie Quarzkristalle, Lithium -Niobat -Linbo3, Lithium -Gallat -Ligao3, Bismutgermanat BI12GEO20 und Polykristalle wie Bariumtitanat nach Polarisationsbehandlung. Elektrische Piezokeramik, Piezoelektrik -Keramik Pzt. Zu den neuen piezoelektrischen Materialien gehören piezoelektrische Polymerfilme (wie Polyvinylidenfluorid PVDF) und piezoelektrische Halbleiter (wie ZnO, CDS). Der piezoelektrische Effekt von Einkristallmaterialien ist auf die Verformung der internen meridischen Struktur dieser einzelnen Kristalle zurückzuführen, wenn sie einer externen Spannung ausgesetzt ist, was dazu führt, dass der ursprüngliche makroskopisch neutrale Zustand zerstört und zu Polarisation führt. Die piezoelektrische Keramik- und Polymerpiezoelektrikfilme nach der Polarisation (ein starkes elektrisches Feld bei einer bestimmten Temperatur) ist das Ergebnis der Polarisation von elektrischen Domänen und Elektrodenpaaren.

Piezoelektrische Sensoren werden unter Verwendung des positiven piezoelektrischen Effekts durchgeführt, der nichtelektrische Energie wie Druck, Schwingung, Beschleunigung usw. umwandelt. Elektrische Energie wird zur präzisen Messung verwendet.

Wenn ein elektrisches Feld in Richtung des Polarisationsdielektrikums von angewendet wirdPZT8 Piezoceramic -RingkomponentenEinige Dielektrika erzeugen mechanische Verformungen oder mechanische Spannungen in eine bestimmte Richtung. Wenn das externe elektrische Feld entfernt wird, verschwindet auch die Verformung oder Spannung. Dieses physikalische Phänomen wird als inverse piezoelektrische Effekt bezeichnet. Unter Verwendung des inversen piezoelektrischen Effekts kann zu Ultraschallgeneratoren, piezoelektrischen Lautsprechern, Piezo -Kristalloszillatoren mit einer stark stabilen Frequenz (wie Quarzuhren und Uhren mit einem Nacht- und Nachtfehler) verarbeitet werden. Der inverse piezoelektrische Effekt kann zur Erzeugung der Akustikemissionssignal verwendet werden. Weil piezoelektrische Umwandlelemente zwei wichtige Eigenschaften selbstgenerierender und reversibler sowie kleiner Größe, geringes Gewicht, einfacher Struktur, zuverlässiger Betrieb, hohe Eigenfrequenz, hohe Empfindlichkeit und hohes Signal-Rausch-Verhältnis haben, die Anwendung von piezoelektrischen Sensoren erhalten schnelle Entwicklung. Eine Vielzahl von Spannungsgeneratoren wie piezoelektrische Leistungsversorgungen, Gasherde und Automobilgeräte für Automobilmotoren, die unter Verwendung des positiven piezoelektrischen Effekts in der Testtechnologie entwickelt wurden Veränderliche. Diese physikalischen Mengen, die eine Kraft bilden, wie Druck, Beschleunigung, mechanischer Schock und Vibration, sind daher die Anwendung von piezoelektrischen Sensoren in einer Vielzahl von Feldern wie Akustik, Mechanik, Medizin und Luft- und Raumfahrt zu beobachten. Was bedeutender ist, dass nach den Ergebnissen der Bio-Piezoelektrika erkannt wird, dass Lebewesen Piezoelektrizität haben und verschiedene menschliche Sinnesorgane tatsächlich bio-piezoelektrische Sensoren sind. Wenn die Fraktur gemäß der positiven piezoelektrischen Wirkung behandelt wird, kann die Heilung beschleunigt werden. Der inverse piezoelektrische Effekt kann verwendet werden, um die Knochen zu versorgen, um deformierte Knochen und andere Funktionen zu korrigieren. Der Hauptnachteil der piezoelektrischen Umwandlelemente besteht darin, dass sie keinen statischen Ausgang haben, der eine hohe elektrische Ausgangsimpedanz erfordern und Kabel mit niedrigem Kapazität und niedrigem Rang erfordern. Die Betriebstemperatur vieler piezoelektrischer Materialien beträgt nur etwa 250 ° C.