中文名 | 陶瓷換能器 | 外文名 | ceramic transducer |
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所屬學(xué)科 | 電子學(xué) | 公布時(shí)間 | 1993年 |
《電子學(xué)名詞》第一版。
1993年,經(jīng)全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會(huì)審定發(fā)布。
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頁數(shù): 4頁
評分: 4.8
研究了一種新型扭轉(zhuǎn)壓電陶瓷超聲換能器?;跈C(jī)電類比原理,對切向極化的壓電陶瓷薄圓環(huán)振子的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)特性進(jìn)行了研究,建立了其機(jī)電類比等效電路模型,從等效電路得出了環(huán)形振子的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)頻率方程的解析式及共振頻率的計(jì)算公式。在此基礎(chǔ)上,分析了換能器的共振與其幾何尺寸間的關(guān)系;并利用有限元方法對壓電陶瓷薄圓環(huán)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)模態(tài)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,在換能器壓電陶瓷圓環(huán)內(nèi)外半徑比增大時(shí),共振頻率隨之增大。
由于超聲技術(shù)的非接觸性等優(yōu)點(diǎn),嘗試把壓電陶瓷超聲換能器應(yīng)用在液體濃度檢測系統(tǒng)當(dāng)中。系統(tǒng)中的芯片采用的是Spartan 3E系列FPGA。壓電陶瓷換能器在其中擔(dān)當(dāng)著發(fā)射信號和接收信號的重要功能。把換能器產(chǎn)生的一定頻率和幅值的超聲信號通過發(fā)射電路打入液體內(nèi)部,經(jīng)過液體對信號的衰減,從接收換能器端可以接收到帶有液體濃度信息的信號。再通過聲衰減法的分析,有效得出液體的近似濃度。系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括主程序,超聲測量程序,脈沖控制程序,脈沖收發(fā)程序,ADC采集控制程序以及時(shí)鐘和報(bào)警程序。
實(shí)驗(yàn)中可以先對靜態(tài)液體進(jìn)行測量,利用超聲衰減法,分析接收端收集的信號,進(jìn)行包絡(luò)等處理,結(jié)合信號傳播路徑(管道直徑)得出濃度信息。再對動(dòng)態(tài)液體進(jìn)行動(dòng)態(tài)測量,信號傳播路徑要考慮到液體的流速,計(jì)算出大致路徑 。
超聲技術(shù)是一種廣泛使用的無損檢測技術(shù),它以聲學(xué)理論為基礎(chǔ),不斷應(yīng)用于電子、通信、醫(yī)學(xué)、生物及物理領(lǐng)域。在現(xiàn)代檢測技術(shù)中,利用超聲技術(shù)研制的換能器以其靈敏度高、精度高等優(yōu)點(diǎn)正在越來越受到人們的關(guān)注。
檢測過程中常用的換能器有: 壓電式換能器、磁致伸縮換能器、電磁聲換能器和激光換能器。最常用的是壓電換能器,它的核心部件就是壓電晶片。壓電晶片可以在壓力的作用下發(fā)生形變,從而導(dǎo)致晶片本身發(fā)生極化,在晶片表面出現(xiàn)正負(fù)束縛電荷,此效應(yīng)為壓電效應(yīng)。并且,壓電效應(yīng)具有可逆性,即對晶片施加電壓后會(huì)發(fā)生形變。在檢測過程中,利用超聲探頭的逆壓電效應(yīng)可以產(chǎn)生超聲波,利用壓電效應(yīng)達(dá)到接收超聲波的目的。
壓電陶瓷超聲換能器很早就進(jìn)入了人們的研究視野,它制作方便,可操控強(qiáng),靈敏度高,機(jī)電耦合性好?;趬弘娞沾砷_發(fā)的換能器包括功率超聲換能器和檢測超聲換能器 。
1.探頭
壓電陶瓷超聲換能器是一種電—力—聲轉(zhuǎn)換器,是指電信號和聲信號通過材料的特性進(jìn)行能量之間的相互轉(zhuǎn)換。電信號選擇是交變信號,實(shí)驗(yàn)中采用的是正弦信號。實(shí)驗(yàn)中采用最基本的普通直探頭進(jìn)行研究。
2.等效電路圖
厚度的伸縮型振動(dòng)是最常用的振動(dòng)模式,它是指壓電元件沿厚度方向極化,同時(shí)它的振動(dòng)方向也是沿厚度方向。選擇這種元件的條件就是元件的直徑或邊長要大于它厚度的10倍以上。