 |
Download denne artikel i .PDF-format Denne filtype indeholder grafik og skemaer i høj opløsning, når det er relevant. |
Piezoelectricity blev opdaget af to franske forskere ” brødre, Jacques og Pierre Curie, i 1880., De fandt ud af om pie .oelektricitet efter først at indse, at tryk påført kvarts eller endda nogle bestemte krystaller skaber en elektrisk ladning i det bestemte materiale.1 de henviste senere til det mærkelige og videnskabelige fænomen som den pie .oelektriske virkning.
Curie-brødrene opdagede snart den inverse pie .oelektriske effekt. Det var efter at de verificerede, at når et elektrisk felt blev håndhævet på krystalledninger, det førte til misdannelse eller forstyrrelse til krystalledningen—nu kaldet den inverse pie .oelektriske effekt.,
udtrykket pie .oelectricity kommer fra det græske ord pie .o betyder at presse eller trykke. Interessant nok betyder elektrisk På græsk rav. Amber var også tilfældigvis en kilde til elektrisk ladning.2
mange elektroniske enheder bruger i dag pie .oelectricity. For eksempel, når du bruger en form for stemmegenkendelsessoft .are eller endda Siri på din smartphone, bruger mikrofonen, du taler om, sandsynligvis pie .oelectricity. At pie .o krystal forvandler lyden energi i din stemme, og ændrer det til elektriske signaler til din computer eller din telefon til at fortolke.,3 at alt bliver muligt med pie .oelectricity.
oprettelsen af forskellige mere avancerede teknologier kan spores til opdagelsen af Pie .oelektricitet. For eksempel blev den kraftige sonar “sonobuoy” små følsomme mikrofoner og den keramiske lydtonetransducer muliggjort af Pie .oelectricity. I dag ser vi udviklingen af stadig flere pie .oelektriske materialer og enheder.
Direkte Pie .oelektrisk effekt
Som nævnt producerer komprimering af et pie .oelektrisk materiale elektricitet (pie .oelektricitet). Figur 1 forklarer konceptet.
1., Den pie .oelektriske virkning opstår ved kompression af et pie .oelektrisk materiale.
Pie .oceramisk materiale—ikke-ledende pie .oelektrisk keramik eller krystal—placeres mellem de to metalplader. For at pie .oelektricitet skal genereres, skal det materiale, der skal komprimeres eller presses. Mekanisk belastning påført pie .oelektrisk keramisk materiale genererer elektricitet.
Som vist i Fig. 1, der er et spændingspotentiale over materialet. De to metalplader sand pieich pie .o krystal. Metalpladerne opsamler ladningerne,hvilket skaber / producerer spænding (lynboltsymbol), dvs.,, pie .oelektricitet. På denne måde fungerer den pie .oelektriske effekt som et miniatyrbatteri, fordi det producerer elektricitet. Dette er den direkte pie .oelektriske effekt. Enheder, der bruger den direkte pie .oelektriske effekt, inkluderer mikrofoner, tryksensorer, hydrofoner og mange andre sensortyper af enheder.
Inverse Piezoelektriske Effekt
Den piezoelektriske effekt kan vendes, der er nævnt som den inverse piezoelektriske effekt. Dette skabes ved at anvende elektrisk spænding for at få en pie .oelektrisk krystal til at krympe eller udvide (fig. 2)., Den inverse pie .oelektriske effekt omdanner elektrisk energi til mekanisk energi.
2. Tilbageførsel af den piezoelektriske effekt, kaldet inverse piezoelektriske effekt, er, når spændingen er anvendt til at skrumpe eller udvide en piezoelektrisk krystal.
brug af den inverse pie .oelektriske effekt kan hjælpe med at udvikle enheder, der genererer og producerer akustiske lydbølger. Eksempler på pie .oelektriske akustiske enheder er højttalere (ofte findes i håndholdte enheder) eller bu..ere., Fordelen ved at have sådanne højttalere er, at de er meget tynde, hvilket gør dem nyttige i en række telefoner. Selv medicinske ultralyd og sonar transducere bruger omvendt pie .oelektrisk effekt. Ikke-akustiske inverse pie .oelektriske enheder omfatter motorer og aktuatorer.
Piezoelektriske Materialer
Piezoelektriske materialer er materialer, der kan producere elektricitet på grund af mekanisk stress, såsom kompression. Disse materialer kan også deformeres, når spænding (elektricitet) påføres.
alle pie .oelektriske materialer er ikke-ledende for at den pie .oelektriske virkning kan forekomme og fungere., De kan opdeles i to grupper: krystaller og keramik.4
nogle eksempler på pie .oelektriske materialer er p .t (også kendt som bly titirconattitanat), bariumtitanat og lithiumniobat. Disse menneskeskabte materialer har en mere udtalt effekt (bedre materiale at bruge) end kvarts og andre naturlige pie .oelektriske materialer.
Sammenlign P .t med kvarts. P .t kan producere mere spænding for den samme mængde påført mekanisk belastning. Omvendt giver spænding på P .t i stedet for kvarts mere bevægelse., Kvarts, et velkendt pie .oelektrisk materiale, er også det første kendte pie .oelektriske materiale.
PTT er skabt og produceret (under høje temperaturer) med to kemiske elementer—bly og leadirconium—og kombineret med en kemisk forbindelse kaldet titanat. PTTS kemiske formel er (PbO3). Det er almindeligt anvendt til at producere ultralyd transducere, keramiske kondensatorer, og andre sensorer og aktuatorer. Det viser også en særlig række forskellige egenskaber. I 1952 blev P .t fremstillet af Tokyo Institute of Technology.,5
bariumtitanat er et ferroelektrisk keramisk materiale med pie .oelektriske egenskaber.6 af den grund er bariumtitanat blevet brugt som et pie .oelektrisk materiale længere end de fleste andre. Dens kemiske formel er BaTiO3. Bariumtitanat blev opdaget i 1941 under Anden Verdenskrig. 7
Lithiumniobat er en forbindelse, der kombinerer ilt, lithium og niobium. Dens kemiske formel er LiNbO3. 8 også et ferroelektrisk keramisk materiale, det er ligesom bariumtitanat, idet det også har pie .oelektriske egenskaber.,9
Pie .oelektriske enheder
Sonar
Sonar, der ankom i 1900-tallet, blev opfundet af Le .is ni .on. Han udviklede oprindeligt sonar for at hjælpe med at opdage isbjerge. Interessen for sonar steg imidlertid under Første Verdenskrig for at hjælpe med at lokalisere ubåde under vandet. Selvfølgelig har sonar mange formål og anvendelser i dag, fra at lokalisere fisk til undervandsnavigation og så videre.
3. Med pie .oelektrisk sonar sender en sender, der bruger den inverse pie .oelektriske effekt, en lydbølge for at søge efter objekter foran.,
i figur 3 sender sonar via sender en lydbølge (signal) for at søge efter objekter foran. Senderen bruger omvendt pie .oelektrisk effekt, hvilket er, når senderen bruger spænding til at hjælpe den med at sende en lydbølge. Når lydbølgen rammer et objekt, vil det hoppe tilbage. Lydbølgen, der springer tilbage, registreres af modtageren.
modtageren bruger i modsætning til senderen den direkte pie .oelektriske effekt. Modtageren pie .oelektriske enhed bliver komprimeret af den tilbagevendende lydbølge., Det sender signalet (spænding) til signalbehandlingselektronikken, som vil tage den hoppede lydbølge og begynde at behandle den. Det bestemmer objektets afstand ved at beregne timingsignalerne fra senderen og modtageren.
Pie .oelektriske aktuatorer
figur 4 viser driften af en pie .oelektrisk aktuator. Basen forbliver stille og fungerer som metalpladen, der sand .iches det midterste pie .oelektriske materiale. Derefter påføres spænding på materialet, som udvider og trækker sig sammen fra den påførte spændings elektriske felt., Pie .okrystallen bevæger sig meget lidt, hvad enten det er fremad eller bagud. Når pie .o-materialet eller krystallet bevæger sig, skubber det langsomt og trækker aktuatoren.
4. I en pie .oelektrisk aktuator påføres spænding på det pie .oelektriske materiale, hvilket forårsager ekspansion og sammentrækning.
den pie .oelektriske aktuator har mange anvendelser og applikationer. For eksempel bruger strikemaskiner og braillemaskiner disse aktuatorer, da de har en så lille mængde bevægelige dele og et meget simpelt design., De kan endda findes i videokameraer og mobiltelefoner, fordi de er bevist mest dygtige som en autofokuseringsmekanisme.10
Piezoelektriske Højttalere og Buzzere
Piezoelektriske højttalere og buzzere bruge den inverse piezoelektriske effekt til at generere og producere lyd. Når der tilføres spænding til højttalere og Bu..ere, skaber det lydbølger (Fig. 2, igen). Et lydspændingssignal, der påføres den pie .oelektriske keramik af højttalere eller bu..ere, får materialet til at vibrere luften. Denne vibration producerer lydbølger, der kommer ud af højttaleren.,
Pie .oelektriske højttalere bruges ofte i vækkeure eller andre små mekaniske enheder til at generere enkle lydlyde i høj kvalitet. Det skyldes, at de er begrænset til en lille mængde frekvensrespons.11
Pie .o-drivere
Pie .o-drivere kan konvertere lav batterispænding til højspænding til Po .er pie .oelektriske enheder. Pie .o-drivere er meget vigtige, fordi de hjælper ingeniører med at producere mere spænding for at skabe større sinusbølger.
5., En pie .o-driver konverterer lav batterispænding til højere spænding, som bruges til at drive en forstærker, der driver enheden. En oscillator indtaster små sinusbølger, som forstærkeren bliver til større sinusbølger.figur 5 er et blokdiagram, der illustrerer pie .o-driver-drift. Pie .o-drivere tager lav batterispænding og bruger en booster til at konvertere den til højere spænding. Den højere spænding bruges derefter til at drive forstærkeren. Oscillatoren vil indtaste små sinusbølger, som forstærkeren vil ændre til større spænding sinusbølger. Forstærkeren driver pie .o-enheden.,
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