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超声波换能器压电效应

作者: admin 时间:2019-05-21 来源:未知
摘要:用于超声波清洁应用的绝大多数换能器利用压电效应将电能转换成机械运动。这些装置有时被称为压电,因为它们由与换能器成为一体的压电元件驱动。他们最初发现罗谢尔盐(技术上...

  用于超声波清洁应用的绝大多数换能器利用“压电”效应将电能转换成机械运动。这些装置有时被称为“压电”,因为它们由与换能器成为一体的压电元件驱动。他们最初发现罗谢尔盐(技术上酒石酸钾钠)在受压时会产生电荷。该属性最初用于留声机拾音器和压力测量设备。还发现,如果对其施加电荷,该材料将改变尺寸或产生力。这是用于驱动超声换能器的原理。

 

  注意-我们在日常生活中使用压电效应。例如,大多数燃气烤架上的点火器由一块压电材料组成。这种压电元件受到小锤子的冲击而受到压力,该小锤子通过按下按钮而翘起并释放,在靠近燃气燃烧器的两个电极上产生电火花。压电装置用于声纳中以产生(将电能转换为运动)和接收(将反射的声波转换成电信号)以检测水下的物体。医疗超声波检查是声纳技术的延伸。许多用于控制光和检测入侵者的运动检测器使用柔性压电薄膜作为发送器和接收器。

 

  罗谢尔盐是第一种已知的压电材料,用于几种早期应用,包括作为第一批超声波清洗器的传感器。然而,作为结晶盐,罗谢尔盐易受水分和温度影响,必须在非常受控的条件下使用。它也容易断裂,不适合许多需要耐久性的应用。

 

  注-我们偶尔将压电驱动器称为“晶体”源于早期使用晶体材料作为压电器件。虽然命名法的使用仍然存在,但在技术上不再正确,因为今天的压电材料实际上是陶瓷。

 

  当然,一旦确定了压电效应,就会寻找更稳定和更稳健的压电材料。压电设备在声纳技术中的应用对国家的防御至关重要。作为这项工作的结果,开发并完善了包括锆酸铅钛酸盐(当今主要使用的压电材料)的陶瓷。陶瓷材料具有比早期结晶材料更强的优点,并且可以几乎任何形状和尺寸制造。陶瓷压电材料的电气特性可以在制造过程中精确控制,并根据每种应用进行定制。

 

  在一些早期的超声波清洗器中(甚至在今天的一些非常便宜的低功率超声波清洗器中),压电元件通过粘合技术直接连接到清洗槽。然而,对于需要更高水平的超声功率的超声波清洁应用,压电装置本身不能在超声频率下产生足够的振幅,因为压电位移相对较小。换能器利用共振原理使用陶瓷压电元件作为驱动器产生更高的超声振幅。

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