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      壓電陶瓷換能器的應用

      2022-06-10 02:45:05

      由于超聲技術的非接觸性等優點,嘗試把壓電陶瓷換能器應用在液體濃度檢測系統當中。系統中的芯片采用的是Spartan 3E系列FPGA。壓電陶瓷換能器在其中擔當著發射信號和接收信號的重要功能。把換能器產生的一定頻率和幅值的超聲信號,通過發射電路打入液體內部。


      經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。系統的軟件設計包括主程序,超聲測量程序,脈沖控制程序,脈沖收發程序,ADC采集控制程序以及時鐘和報警程序。


      實驗中可以先對靜態液體進行測量,利用超聲衰減法,分析接收端收集的信號,進行包絡等處理,結合信號傳播路徑(管道直徑)得出濃度信息。再對動態液體進行動態測量,信號傳播路徑要考慮到液體的流速,計算出大致路徑。


      壓電陶瓷換能器


      壓電陶瓷換能器有兩種材料:磁致伸縮金屬和壓電陶瓷。本文的目的是設計用于大功率機械超聲加工的換能器,因此只討論壓電陶瓷換能器。壓電陶瓷換能器作為一種能量傳輸網絡,存在能量轉換效率問題。轉換效率與換能器材料、振動形式、機械振動系統(包括支撐機構)的結構以及工作頻率的選擇有關。


      因此在超聲換能器的設計中,應該考慮各種因素,如聲阻抗、頻率響應、阻抗匹配、聲學結構、振動模式和轉換材料,以及如何設計和協調這些因素,以使電聲轉換達到期待值。壓電陶瓷換能器是一種具有壓電特性的電子陶瓷材料,與不含鐵電成分的典型壓電石英晶體的主要區別在于,構成其主要成分的晶相都是鐵電晶粒。


      因為陶瓷是具有隨機取向晶粒的多晶聚集體,所以每個鐵電晶粒的自發極化矢量也是迷失方向的。 為了使陶瓷表現出宏觀壓電特性,壓電陶瓷必須在燒制后在強直流電場中極化,端面經受多個電極,從而原始無序取向的極化矢量優先取向于電場方向,電場消除后,極化處理后的壓電陶瓷將保持一定的宏觀殘余極化強度,從而使陶瓷具有一定的壓力。


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