Italianonumero Sfoglia:125 Autore:Editor del sito Pubblica Time: 2020-12-23 Origine:motorizzato
L'effetto piezoelettrico è reversibile. Se viene applicata una tensione audio ai dischi ceramici piezoelettrici, è possibile generare vibrazioni e suoni meccanici. Al contrario, quando il disco ceramico piezoelettico è sottoposto a vibrazioni meccaniche (o pressione), una certa quantità di carica Q viene generata sul foglio e un segnale di tensione può essere emerso dall'elettrodo.
Figura 1 Struttura di dischi ceramici piezoelettrici e simboli grafici
I più comuni dischi di ceramica piezoelettrica in titanaggio di Germanio (PZT) sono realizzati in zirconio, titanio e ossidi di piombo e quindi sinterizzati. Poiché l'orecchio umano è più sensibile ai suoni con una frequenza di circa 3kHz, la frequenza di risonanza F0 del disco ceramico PZT è generalmente progettata per essere circa 3kHz. Considerando che funziona a basse frequenze, è difficile soddisfare i requisiti di frequenza con solo un pezzo di ceramica piezoelettrica. Generalmente, viene adottata una struttura a doppio diaframma e il suo aspetto e i suoi simboli sono mostrati nella Figura 1. È un composito di dischi sonori del trasduttore piezoelescenziale con un diametro di d e un foglio vibrante di metallo con un diametro di D. D è generalmente 15 ~ 40 mm e lo spessore totale della piastra vibrante composita è H.
Figura 2 Curva caratteristica della frequenza del disco ceramico piezoele
Quando il materiale piezoelettrico è costante, la frequenza di risonanza è proporzionale a H e inversamente proporzionale a (d/2) 2. La frequenza di risonanza F0 ha una relazione esponenziale con il diametro D della piastra vibrante composita, come mostrato nella Figura 2 (a). Ovviamente, maggiore è la d, migliore è le caratteristiche a bassa frequenza. Quando il disco ceramico PZT viene utilizzato come microfono, la frequenza di lavoro è di circa 300Hz ~ 5kHz. L'impedenza Z del disco ceramico piezoele dipende dal rapporto d/d. Dalla Figura 2 (b), si può vedere che l'impedenza diminuisce all'aumentare del rapporto d/d.
Esistono due metodi di guida per la ceramica piezoelettrica. Il primo è l'unità di autoosificazione. Il principio del circuito è quello di fornire un feedback positivo attraverso un amplificatore a transistor per formare un oscillatore di cristalli piezoelettrici, che rende il foglio di ceramica piezoelettrico alla frequenza di risonanza F0 per produrre suono. In questo momento, i dischi sonori del trasduttore piezoe hanno una bassa impedenza e il volume di output è controllato dalla corrente di ingresso, quindi è anche chiamato tipo di azionamento di corrente.
Il secondo è un'unità di oscillazione eccitata separatamente, che utilizza un oscillatore a onda quadra (o onda corta) per eccitare il suono. Al momento, le ceramiche piezoelettriche generalmente funzionano a frequenze diverse da F0, quindi l'impedenza è più alta e la corrente di input è più piccola. È un tipo guidato dalla tensione. Il suo vantaggio è che la gamma sonore è più ampia e il tono è migliore.
In condizioni dilettanti, è possibile utilizzare il file di tensione di un multimetro per verificare la qualità del disco ceramico PZT. Il metodo specifico è: comporre il multimetro sull'intervallo di tensione CC a 2,5 V, tenere delicatamente i due lati del disco ceramico piezoelente con il pollice e l'indice della mano sinistra, tenere due lead di prova nella mano destra, collegare la penna di prova rossa alla foglio metallico e posizionare la penna di prova nera orizzontalmente sulla superficie ceramica. Come mostrato nella Figura 3. Quindi il pollice e l'indice della mano sinistra vengono premuti saldamente, quindi sono rilassati. Due multipli di tensione con polarità opposte vengono generati sul disco piezoelettrico, rendendo il puntatore prima oscillare a destra, quindi tornare in posizione zero e oscillare a sinistra. L'ampiezza oscillante è di circa 0,1 ~ 0,15 V. Sotto la stessa pressione, maggiore è l'oscillazione, maggiore è la sensibilità dei dischi sonori del trasduttore di piezo. Se le mani dell'orologio non si muovono, significa che i dischi piezoi in vendita perdono o danneggiano.
Figura 3
Riemuta dopo aver scambiato le posizioni dei due lead di test. La sequenza di swing del puntatore dovrebbe essere: restituzione swing-zero di ritorno a destra a sinistra.
Cose di cui preoccuparsi:
① Se viene utilizzata la tensione CA, non verrà osservata alcuna oscillazione del puntatore. Ciò è dovuto alle variazioni più lenti nel segnale di tensione generato.
② Prima dell'ispezione, misurare prima la resistenza all'isolamento con file R × 1K o R × 10K. Il risultato dovrebbe essere infinito, altrimenti si rivela perdite. Dopo che i dischi ceramici piezoelettrici sono rotti da forti vibrazioni, un sottile strato di saldatura può essere applicato alla fessura con un saldatore elettrico e può essere generalmente utilizzato.
③ Non usare forza eccessiva o una forza eccessiva durante l'ispezione e non piegare il disco ceramico piezoelente. Non graffiare il disco ceramico PZT con la punta della penna del metro per evitare danni al foglio.
④ Se viene applicata una pressione costante al disco ceramico piezoelettrico, il puntatore tornerà lentamente a zero a causa della costante perdita di carica elettrica.
Utilizzando il file 50UA del multimetro, puoi anche controllare la qualità del disco piezoelettrico. Il circuito è mostrato nella Figura 4. Collegare il vantaggio del test rosso al foglio metallico e il vantaggio del test nero alla superficie ceramica piezoelettrica. Quando entrambe le mani applicano forza +f, -f lungo la direzione assiale, le mani dell'orologio dovrebbero oscillare alcuni microamp a destra. Quando la mano viene rilasciata di nuovo, la mano dell'orologio oscilla alcuni microamp a sinistra. La forza di installazione e il tempo di rilassamento sono entrambi DT, il valore medio della corrente attraverso il microammetro è: i = +q/△ t, i2 = -q/△ t.
Figura 4
Come accennato in precedenza, esistono due modalità di ceramica piezoelettrica: unità di oscillazione autolestata e unità di oscillazione ad altro elegante. Quello che segue è uno schema circuitale per il controllo della ceramica piezoelettrica progettata secondo il secondo metodo. Vedi Figura 3. Viene ora utilizzato un pezzo di CC4069 sei inverter e gli inverter F1 e F2 formano un oscillatore di capitalizzazione di resistenza a due stadi e F3 svolge un ruolo di isolamento. Dopo aver collegato i dischi sonori del trasduttore piezoelestre, si forma un circuito completo di buzzer (BZ). I numeri nella figura indicano il numero di pin di CC4069. R1 effettivamente selezionato è una resistenza regolabile da 470kΩ, C = 470pf, FR2 = 1MΩ. Sostituire la formula (F0 = 0,455/(R1C1)) per trovare la frequenza dell'onda quadra di uscita F0 è di circa 2kHz. La tensione di alimentazione VDD è 6 ~ 9V.
Quando l'interruttore S è chiuso, il pezzo in ceramica piezoelettrica in esame dovrebbe essere in grado di emettere un suono. Quindi regolare gradualmente R1. Quando R1 aumenta, F0 aumenta e il tono aumenta. Quando R1 cade, F0 cade e il pitch scende. Questo metodo può anche misurare le caratteristiche di frequenza della ceramica piezoelettrica.
I dischi ceramici piezoelettrici sono utilizzati principalmente in altoparlanti piezoelettrici, microfoni, linee di ritardo ad ultrasuoni, sensori per misurare le vibrazioni e la pressione e trasmettitori e ricevitori nei telefoni per convertire l'energia meccanica (energia sonora) in energia elettrica o dall'energia elettrica a bassa potenza trasduttore in energia meccanica. Può anche essere applicato alla pulizia ad ultrasuoni, alla saldatura, al rilevamento dei difetti, alla diagnosi ad ultrasuoni, al trattamento medico ad ultrasuoni, all'emissione idroacustica, all'accensione, alla detonazione, ecc. Quando viene utilizzato come ad alta pressione e potenza forte, l'elemento di conversione di energia che converte l'energia elettrica in energia meccanica.
