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      超聲波壓電陶瓷換能器的結構構造

      2022-05-20 03:14:58

      在現代換能器中,通常使用的壓電材料是壓電陶瓷。 可以證明,壓電陶瓷換能器可以提供較高的機電轉換和效率,并且總的來說,對于高功率超聲換能器具有有利的特性。壓電陶瓷是構成隨機定向的鐵電微晶團塊的材料,通常源自幾種氧化物的固態反應,然后進行高溫燒成。


      燒制后,陶瓷是各向同性的,并且是非壓電的,這是由于疇的隨機取向和結構所致。可以通過極化處理將陶瓷材料制成壓電材料,該極化處理包括在選定的方向上施加高電場,以將微晶的極軸切換到對稱性允許的那些方向,即接近電場強度。


      去除極化場后,偶極子將無法輕易返回其原始位置,并且陶瓷現在將具有極化狀態,并且只要其幅度保持在遠低于所需強度的水平,它將對施加的電場或機械壓力做出線性響應。切換極軸。因此對于這些材料,必須進行極化處理,盡管很明顯,不可能像單晶那樣在場上實現完美的偶極對準。


      壓電陶瓷換能器


      測得的極化值可以很好地指示出所測得的偏振態。現代功率超聲系統中使用的換能器,幾乎毫無例外地基于預應力壓電設計。在這種結構中,將多個壓電元件用螺栓固定在一對金屬端塊之間。壓電元件將是預極化的鈦酸鉛鋯酸鹽組合物,其表現出高活性以及低損耗和老化特性。它們非常適合構成高效堅固傳感器的基礎。


      如果考慮極化壓電棒的長度,并用一個交流電壓驅動它,使其頻率對應于其共振長度,那么該尺寸將隨施加的電壓而變化。這樣的桿在20kHz的頻率下將具有大約70mm的長度。由于這些陶瓷的熱容量差且抗張強度低,因此其功率處理能力將較低。


      為了克服這些固有的弱點,在兩個聲學損耗低的金屬端塊之間夾了許多薄元件。為此可以使用鈦或鋁。該組件的設計應使其在所需的操作頻率下總長度為半個波。





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