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超聲波壓電陶瓷換能器的構造

2021-09-03 03:23:45

在現代換能器中,通常使用的壓電材料是壓電陶瓷??梢宰C明,壓電陶瓷提供高的機電轉換和效率,并且總的來說,對于高功率超聲壓電陶瓷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??梢酝ㄟ^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,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。測得的極化值可以很好地指示出所測得的偏振態。


壓電陶瓷換能器


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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