0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

压电陶瓷换能器在口罩机中的应用

放人 来源:电阻率 作者:电阻率 2022-12-13 16:26 次阅读

压电陶瓷换能器概述

压电陶瓷换能器由压电陶瓷片和轻、重两种金属组成,在一定的温度下经极化处理后,具有压电效应。压电陶瓷超声换能器很早就进入了人们的研究视野,它制作方便,可操控强,灵敏度高,机电耦合性好。基于压电陶瓷开发的换能器包括功率超声换能器和检测超声换能器。

cfe663c6-7abf-11ed-abeb-dac502259ad0.jpg

超声技术是一种广泛使用的无损检测技术,它以声学理论为基础,不断应用于电子通信、医学、生物及物理领域。在现代检测技术中,利用超声技术研制的换能器以其灵敏度高、精度高等优点正在越来越受到人们的关注。

检测过程中常用的换能器有:压电式换能器、磁致伸缩换能器、电磁声换能器和激光换能器。最常用的是压电换能器,它的核心部件就是压电晶片。压电晶片可以在压力的作用下发生形变,从而导致晶片本身发生极化,在晶片表面出现正负束缚电荷,此效应为压电效应。并且,压电效应具有可逆性,即对晶片施加电压后会发生形变。在检测过程中,利用超声探头的逆压电效应可以产生超声波,利用压电效应达到接收超声波的目的。压电陶瓷超声换能器很早就进入了人们的研究视野,它制作方便,可操控强,灵敏度高,机电耦合性好。基于压电陶瓷开发的换能器包括功率超声换能器和检测超声换能器。

压电陶瓷换能器工作原理

压电陶瓷换能片的原理是,当压力或张力施加到陶瓷片上时,在陶瓷片的两端会产生极性相反的电荷,并通过电路产生电流。这种效应称为压电效应。如果由这种压电陶瓷制成的换能器被放入水中,那么在声波的作用下,在换能器的两端会感应出电荷,这是声波接收器。此外,压电效应是可逆的。如果交变电场施加到压电陶瓷片上,陶瓷片会不时变得越来越薄和厚,同时产生振动并发出声波。因此,解决了超声波发射器的问题。

cffae0a8-7abf-11ed-abeb-dac502259ad0.jpg

压电陶瓷换能器有两种材料:磁致伸缩金属和压电陶瓷。本文的目的是设计用于大功率机械超声加工的换能器,因此只讨论压电陶瓷换能器。压电陶瓷换能器作为一种能量传输网络,存在能量转换效率问题。转换效率与换能器材料、振动形式、机械振动系统(包括支撑机构)的结构以及工作频率的选择有关。因此,在超声换能器的设计中,应该考虑各种因素,如声阻抗、频率响应、阻抗匹配、声学结构、振动模式和转换材料,以及如何设计和协调这些因素,以使电声转换达到最佳值。

压电陶瓷换能器是一种具有压电特性的电子陶瓷材料,与不含铁电成分的典型压电石英晶体的主要区别在于,构成其主要成分的晶相都是铁电晶粒。因为陶瓷是具有随机取向晶粒的多晶聚集体,所以每个铁电晶粒的自发极化矢量也是迷失方向的。为了使陶瓷表现出宏观压电特性,压电陶瓷必须在烧制后在强直流电场中极化,端面经受多个电极,从而原始无序取向的极化矢量优先取向于电场方向,电场消除后,极化处理后的压电陶瓷将保持一定的宏观残余极化强度,从而使陶瓷具有一定的压力。

压电陶瓷换能器的应用

由于超声技术的非接触性等优点,尝试把压电陶瓷超声换能器应用在液体浓度检测系统当中。系统中的芯片采用的是Spartan 3E系列FPGA。压电陶瓷换能器在其中担当着发射信号和接收信号的重要功能。把换能器产生的一定频率和幅值的超声信号通过发射电路打入液体内部,经过液体对信号的衰减,从接收换能器端可以接收到带有液体浓度信息的信号。再通过声衰减法的分析,有效得出液体的近似浓度。系统的软件设计包括主程序,超声测量程序,脉冲控制程序,脉冲收发程序,ADC采集控制程序以及时钟和报警程序。

d0442db2-7abf-11ed-abeb-dac502259ad0.jpg

实验中可以先对静态液体进行测量,利用超声衰减法,分析接收端收集的信号,进行包络等处理,结合信号传播路径(管道直径)得出浓度信息。再对动态液体进行动态测量,信号传播路径要考虑到液体的流速,计算出大致路径。

审核编辑 黄昊宇

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 换能器
    +关注

    关注

    8

    文章

    343

    浏览量

    29275
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    案例详解——压电陶瓷驱动实验

    压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料。它的工作原理主要基于压电效应,这是一种特殊的物理现象,使得压电
    的头像 发表于 10-09 08:03 715次阅读
    案例详解——<b class='flag-5'>压电</b><b class='flag-5'>陶瓷</b>驱动实验

    ATA-4012C高压功率放大器超声换能器声接收测试的应用

    实验名称:超声换能器的声接收能力测试测试设备:ATA-4012高压功率放大器、信号发生器、示波器、压电陶瓷等。实验过程:图一:测试平台的工作原理图图一展示了测试平台的工作原理图。工作的流程如下:通过
    的头像 发表于 10-08 14:27 742次阅读
    ATA-4012C高压功率放大器<b class='flag-5'>在</b>超声<b class='flag-5'>换能器</b>声接收测试<b class='flag-5'>中</b>的应用

    压电晶体与压电陶瓷的区别

    压电材料是一类特殊的材料,它们能够受到机械应力时产生电荷,或者电场作用下产生形变。压电晶体和压电陶瓷
    的头像 发表于 09-24 15:39 412次阅读

    超声波清洗换能器的结构、作用与用途

    超声波换能器主要由外壳、匹配层、压电陶瓷圆盘换能器、背衬、引出电缆等部分组成。其中,压电陶瓷圆盘
    的头像 发表于 08-29 09:46 212次阅读

    高压放大器模块平面水声压电换能器研究的应用

    实验名称:平面水声压电换能器的制备与性能研究研究方向:压电换能器实验原理:压电换能器是能够发射和
    的头像 发表于 08-07 11:13 240次阅读
    高压放大器模块<b class='flag-5'>在</b>平面水声<b class='flag-5'>压电</b><b class='flag-5'>换能器</b>研究<b class='flag-5'>中</b>的应用

    ATA-P0102功率放大器压电陶瓷压电叠堆驱动的应用

    用于压电驱动系统。本文将探讨功率放大器压电陶瓷压电叠堆驱动研究
    的头像 发表于 07-12 11:32 306次阅读
    ATA-P0102功率放大器<b class='flag-5'>在</b><b class='flag-5'>压电</b><b class='flag-5'>陶瓷</b>及<b class='flag-5'>压电</b>叠堆驱动<b class='flag-5'>中</b>的应用

    口罩佩戴智能监测摄像

    智能监测摄像现代城市安全管理扮演着关键角色,尤其是像口罩佩戴智能监测摄像这样的设备,其应用正在日益扩展,对于公共卫生和安全至关重要。
    的头像 发表于 06-19 11:22 257次阅读
    <b class='flag-5'>口罩</b>佩戴智能监测摄像<b class='flag-5'>机</b>

    超声波压电换能器ATM自动感应方案的应用

    效应向前发送超声波,空气传播时碰到障碍物后反射,回波被超声波换能器通过正压电效应转换为模拟电信号;内置电路对模拟信号进行数字转换,且通过MCU根据超声波传播时间与距离的正相关关系结
    发表于 05-30 09:15 348次阅读
    超声波<b class='flag-5'>压电</b><b class='flag-5'>换能器</b><b class='flag-5'>在</b>ATM<b class='flag-5'>机</b>自动感应方案<b class='flag-5'>中</b>的应用

    压电陶瓷促动器

    压电陶瓷促动器目前所有的类型?
    发表于 05-25 16:34

    压电换能器的工作原理、特点及应用

    压电换能器,作为一种能够实现电能与机械能之间相互转换的器件,其独特的工作原理和广泛的应用特点使其多个领域发挥着重要作用。本文将详细阐述压电换能器
    的头像 发表于 05-24 16:17 1855次阅读

    高压极化仪压电陶瓷样品智能化检测全过程

    报告主题:四通道高压极化仪压电陶瓷样品的应用 引言:随着科技的发展和社会的进步, 压电材料因其独特的性质,
    的头像 发表于 04-29 14:01 324次阅读
    高压极化仪<b class='flag-5'>在</b><b class='flag-5'>压电</b><b class='flag-5'>陶瓷</b>样品<b class='flag-5'>中</b>智能化检测全过程

    Aigtek高压放大器驱动压电陶瓷能干什么用

    电子将深入介绍高压放大器驱动压电陶瓷不同领域的应用,以及它们的工作原理和优势。 声波产生器 高压放大器与压电陶瓷的组合常用于声波产生器
    的头像 发表于 03-18 11:59 301次阅读
    Aigtek高压放大器驱动<b class='flag-5'>压电</b><b class='flag-5'>陶瓷</b>能干什么用

    常用的超声换能器有哪几种振动方式

    方向与传播方向同一直线上。纵向振动的超声换能器通常由一个圆形或棒状的压电陶瓷压电晶体组成,当电信号通过
    的头像 发表于 12-19 13:59 898次阅读

    刀轮划片助力压电陶瓷片精密切割:行业突破引领未来发展

    电子行业,刀轮划片成为了压电陶瓷片精密切割的关键设备。这一创新技术标志着压电
    的头像 发表于 12-11 09:43 659次阅读
    刀轮划片<b class='flag-5'>机</b>助力<b class='flag-5'>压电</b><b class='flag-5'>陶瓷</b>片精密切割:行业突破引领未来发展

    压电陶瓷片工作原理 压电陶瓷片如何测量?

    时,它会产生机械变形。 压电效应是由于压电陶瓷片的晶格结构存在着正交对称性,因此晶体存在一个偏移的中心,即偏移的Dipole Momen
    的头像 发表于 11-17 11:27 2210次阅读