 |
Stáhnout tento článek v .Formát PDF tento typ souboru obsahuje grafiku s vysokým rozlišením a schémata, pokud je to možné. |
Piezoelectricity byl objeven dvou francouzských vědců bratři Jacques a Pierre Curie v roce 1880., Zjistili o piezoelektricitě poté, co si nejprve uvědomili, že tlak aplikovaný na křemen nebo dokonce některé určité krystaly vytváří v tomto určitém materiálu elektrický náboj.1 později označovali tento podivný a vědecký jev jako piezoelektrický efekt.
bratři Curie brzy objevili inverzní piezoelektrický efekt. Bylo to poté, co ověřil, že při elektrickém poli bylo vykonáno na krystalu vede, to vedlo k deformaci nebo poruchu na krystalu vést—nyní nazývá inverzní piezoelektrický efekt.,
termín piezoelektricita pochází z řeckého slova piezo, které znamená stlačit nebo stisknout. Zajímavé je, že elektrický v řečtině znamená jantar. Amber byl také zdrojem elektrického náboje.2
mnoho elektronických zařízení dnes používá piezoelektricitu. Například, když používáte nějaký typ softwaru pro rozpoznávání hlasu, nebo dokonce Siri na smartphonu, mikrofon, do kterého mluvíte, pravděpodobně používá piezoelectricity. Tento piezo krystal změní zvukovou energii ve vašem hlasu a změní ji na elektrické signály pro váš počítač nebo telefon k interpretaci.,3 že vše je možné s piezoelektricitou.
vytvoření různých pokročilejších technologií lze vysledovat k objevu piezoelektrické energie. Například výkonný sonar „sonobuoy“ malé citlivé mikrofony a keramický snímač zvukových tónů byly umožněny piezoelektricitou. Dnes vidíme vývoj stále více piezoelektrických materiálů a zařízení.
přímý piezoelektrický efekt
jak je uvedeno, komprese piezoelektrického materiálu produkuje elektřinu (piezoelektricita). Obrázek 1 vysvětluje koncept.
1., Piezoelektrický efekt nastává stlačením piezoelektrického materiálu.
Piezokeramický materiál-nevodivá piezoelektrická keramika nebo krystal—je umístěn mezi dvěma kovovými deskami. Aby se vytvořila piezoelektricita, potřebuje tento materiál stlačit nebo stlačit. Mechanické namáhání aplikované na piezoelektrický keramický materiál generuje elektřinu.
, jak je znázorněno na obr. 1, v materiálu je napěťový potenciál. Dvě kovové desky sendvič piezo krystal. Kovové desky shromažďují náboje, které vytvářejí / vytvářejí napětí (symbol blesku), tj.,, piezoelektricita. Tímto způsobem piezoelektrický efekt působí jako miniaturní baterie, protože vyrábí elektřinu. Jedná se o přímý piezoelektrický efekt. Zařízení, která používají přímý piezoelektrický efekt, zahrnují mikrofony, tlakové senzory, hydrofony a mnoho dalších snímacích typů zařízení.
inverzní piezoelektrický efekt
piezoelektrický efekt lze zvrátit, což se označuje jako inverzní piezoelektrický efekt. To je vytvořeno použitím elektrického napětí, aby se piezoelektrický krystal zmenšil nebo rozšířil (obr. 2)., Inverzní piezoelektrický efekt převádí elektrickou energii na mechanickou energii.
2. Obrácení piezoelektrického efektu, nazývaného inverzní piezoelektrický efekt, je, když je napětí aplikováno na zmenšení nebo rozšíření piezoelektrického krystalu.
použití inverzního piezoelektrického efektu může pomoci vyvinout zařízení, která generují a produkují akustické zvukové vlny. Příklady piezoelektrických akustických zařízení jsou reproduktory (běžně se vyskytují v kapesních zařízeních) nebo bzučáky., Výhodou takových reproduktorů je, že jsou velmi tenké, což je činí užitečnými v řadě telefonů. Dokonce i lékařské ultrazvukové a sonarové snímače používají reverzní piezoelektrický účinek. Neakustická inverzní piezoelektrická zařízení zahrnují motory a pohony.
Piezoelektrické Materiály
Piezoelektrické materiály jsou materiály, které mohou vyrábět elektřinu v důsledku mechanického namáhání, jako je komprese. Tyto materiály se mohou také deformovat, když je aplikováno napětí (elektřina).
všechny piezoelektrické materiály jsou nevodivé, aby došlo k piezoelektrickému efektu a práce., Mohou být rozděleny do dvou skupin: krystaly a keramika.4
Některé příklady piezoelektrické materiály jsou PZT (také známý jako lead zirconate titaničitan), titaničitan barnatý, a lithiumniobové. Tyto umělé materiály mají výraznější účinek (lepší materiál k použití) než křemen a jiné přírodní piezoelektrické materiály.
Porovnejte PZT s křemenem. PZT může produkovat více napětí pro stejné množství aplikovaného mechanického namáhání. Naopak, použití napětí na PZT namísto křemene poskytuje větší pohyb., Křemen, známý piezoelektrický materiál, je také prvním známým piezoelektrickým materiálem.
PZT je vytvořen a produkoval (za vysokých teplot) s dvou chemických prvků—olova a zirkonia—a v kombinaci s chemickou sloučeninu zvanou titaničitan. Chemický vzorec PZT je (PbO3). Běžně se používá k výrobě ultrazvukových snímačů, keramických kondenzátorů a dalších senzorů a pohonů. To také evinces speciální řadu různých vlastností. V roce 1952 byl PZT vyroben Tokijským technologickým institutem.,5
Titan barnatý je ferroelektrický keramický materiál s piezoelektrickými vlastnostmi.6 z tohoto důvodu byl Titan barnatý používán jako piezoelektrický materiál déle než většina ostatních. Jeho chemický vzorec je BaTiO3. Titaničitan barnatý byl objeven v roce 1941 během druhé Světové Války.7.
lithiumniobové je sloučenina, která kombinuje kyslík, lithia a niobu. Jeho chemický vzorec je LiNbO3.8 Také feroelektrických keramických materiálů je to jako titaničitan barnatý v tom, že má piezoelektrické vlastnosti, taky.,9
piezoelektrická zařízení
Sonar
Sonar, který dorazil v roce 1900, vynalezl Lewis Nixon. Zpočátku vyvinul sonar, který pomáhá detekovat ledovce. Zájem o sonar vzrostl během první světové války, ačkoli, pomoci lokalizovat ponorky pod vodou. Sonar má samozřejmě mnoho účelů a použití dnes, od umístění ryb po Podvodní navigaci a tak dále.
3. S piezoelektrickým sonarem vysílá vysílač používající inverzní piezoelektrický efekt zvukovou vlnu k hledání objektů dopředu.,
na obrázku 3 vysílá sonar prostřednictvím vysílače zvukovou vlnu (signál) pro vyhledávání objektů dopředu. Vysílač používá inverzní piezoelektrický efekt, což je, když vysílač použije napětí, aby mu pomohl vyslat zvukovou vlnu. Jakmile zvuková vlna zasáhne objekt, odrazí se zpět. Zvuková vlna, která se odrazí zpět, bude detekována přijímačem.
přijímač, na rozdíl od vysílače, používá přímý piezoelektrický efekt. Přijímač piezoelektrické zařízení se stlačuje vracející se zvukovou vlnou., Vysílá signál (napětí) do elektroniky pro zpracování signálu, která vezme tuto odrazenou zvukovou vlnu a začne ji zpracovávat. Určí vzdálenost objektu výpočtem časovacích signálů z vysílače a přijímače.
piezoelektrické pohony
obrázek 4 ukazuje činnost piezoelektrického aktuátoru. Základna zůstává v klidu a působí jako kovová deska, která sendviče střední piezoelektrický materiál. Poté se na materiál aplikuje napětí, které se rozšiřuje a stahuje z elektrického pole aplikovaného napětí., Piezo krystal se pohybuje velmi málo, ať už dopředu nebo dozadu. Jakmile se piezo materiál nebo krystal pohybuje, pomalu tlačí a táhne pohon.
4. V piezoelektrickém aktuátoru je napětí aplikováno na piezoelektrický materiál, což způsobuje expanzi a kontrakci.
piezoelektrický pohon má mnoho použití a aplikací. Například pletací stroje a Braillovy stroje používají tyto pohony, protože mají tak malé množství pohyblivých částí a velmi jednoduchý design., Mohou být dokonce nalezeny ve videokamerách a mobilních telefonech, protože jsou osvědčeny jako mechanismus automatického zaostřování.10
piezoelektrické reproduktory a bzučáky
piezoelektrické reproduktory a bzučáky používají inverzní piezoelektrický efekt pro generování a produkci zvuku. Když je napětí aplikováno na reproduktory a bzučáky, vytváří zvukové vlny (obr. 2, znovu). Signál zvukového napětí aplikovaný na piezoelektrickou keramiku reproduktorů nebo bzučáků způsobí, že materiál vibruje vzduch. Tato vibrace vytváří zvukové vlny, které vycházejí z reproduktoru.,
piezoelektrické reproduktory se běžně používají v budících nebo jiných malých mechanických zařízeních pro generování jednoduchých, vysoce kvalitních zvukových zvuků. Je to proto, že jsou omezeny na malé množství frekvenční odezvy.11
Piezo Drivers
Piezo drivers can convert low battery voltage to high voltage to power piezoelectric devices. Piezo ovladače jsou velmi důležité, protože pomáhají inženýrům vytvářet větší napětí pro vytvoření větších sinusových vln.
5., Piezo ovladač převádí nízké napětí baterie na vyšší napětí, které se používá k napájení zesilovače, který pohání zařízení. Oscilátor vkládá malé sinusové vlny, které se zesilovač změní na větší sinusové vlny.
obrázek 5 je blokový diagram, který ilustruje piezo – driver provoz. Piezo ovladače budou mít nízké napětí baterie a pomocí posilovače jej převedou na vyšší napětí. Vyšší napětí se pak používá k napájení zesilovače. Oscilátor bude vstupovat malé sinusové vlny, které zesilovač změní na větší napětí sinusové vlny. Zesilovač pohání piezo zařízení.,
The table below lists of several different companies that sell and produce various kinds of piezo drivers.
1. http://www.piezo.com/tech4history.html
2. https://en.wikipedia.org/wiki/Piezoelectricity
3. http://www.explainthatstuff.com/piezoelectricity.html
4. http://www.piezomaterials.com/
5. https://www.americanpiezo.com/piezo-theory/pzt.html
6. https://en.wikipedia.org/wiki/Barium_titanate
7. http://ceramics.org/wp-content/uploads/2009/03/elec_division_member_papers1.pdf
8. https://en.wikipedia.org/wiki/Lithium_niobate
9. http://www.inradoptics.com/products/non-linear-crystals/lithium-niobate-linbo3
10. https://www.americanpiezo.com/piezo-theory/actuators.html
11., http://www.edisontechcenter.org/speakers.html#sound