 |
Lataa tämän artikkelin .PDF-muodossa tämä tiedostotyyppi sisältää korkearesoluutioisen grafiikan ja kaaviot tarvittaessa. |
Pietsosähköisyys löysi kaksi ranskan tiedemiesten veljekset Jacques ja Pierre Curie vuonna 1880., He selville, pietsosähköisyys, kun ensin ymmärtämättä, että paine kvartsi tai jopa jotkut tietyt kiteet luo sähkövaraus, että tietty materiaali.1 he myöhemmin viittasi tähän outo ja tieteellinen ilmiö kuin pietsosähköinen vaikutus.
Curien veljekset löysivät pian käänteisen pietsosähköisen vaikutuksen. Se oli sen jälkeen, kun ne on todennettu, että kun sähkökenttä oli panna täytäntöön päälle kristalli johtaa, se johti epämuodostumia tai häiriö crystal johtaa—nyt nimeltään käänteinen pietsosähköinen vaikutus.,
termi pietsosähköisyys tulee kreikan sanasta piezo merkitys purista tai paina. Mielenkiintoista on, että sähkö tarkoittaa kreikaksi meripihkaa. Amber sattui myös olemaan sähkövarauksen lähde.2
Monet elektroniset laitteet käyttävät nykyään pietsosähköisyys. Esimerkiksi, kun käytät tietyntyyppinen ääni-tunnustamista ohjelmisto, tai jopa Siri älypuhelimeen, mikrofoni, että olet ottaen, on luultavasti käyttäen pietsosähköisyys. Että piezo crystal kääntyy äänen energian äänesi, ja muuttaa sen sähköisiksi signaaleiksi tietokoneen tai puhelimen tulkita.,3 että kaikki tulee mahdolliseksi piezoelectricity.
luominen eri kehittyneempiä teknologioita voidaan jäljittää löytö pietsosähköisyys. Esimerkiksi voimakas kaiku ”sonobuoy” pienet herkät mikrofonit, ja keraaminen äänen sävy anturi, oli mahdollista pietsosähköisyys. Tänään näemme yhä enemmän pietsosähköisiä materiaaleja ja laitteita.
Suora Pietsosähköinen Vaikutus,
Kuten edellä on todettu, puristamalla pietsosähköinen materiaali tuottaa sähköä (pietsosähköisyys). Kuva 1 selittää käsitteen.
1., Pietsosähköinen vaikutus tapahtuu puristamalla pietsosähköinen materiaali.
Piezoceramic materiaali—ei-johtava pietsosähköinen keraaminen tai kristalli—on sijoitettu kahden metallilevyjä. Jotta piezoelectricity voidaan tuottaa, se tarvitsee, että materiaali on pakattu tai puristettu. Pietsosähköiseen keraamiseen materiaaliin kohdistuva mekaaninen rasitus tuottaa sähköä.
kuten kuvassa. 1, on jännite potentiaali koko materiaalin. Kaksi metallilevyä voileipä piezo crystal. Metallilevyt keräävät lataukset, mikä luo / tuottaa jännitteen (salamavalotunnus), ts.,, piezoelectricity. Näin pietsosähköinen vaikutus toimii kuin pienoisakku, koska se tuottaa sähköä. Tämä on suora pietsosähköinen vaikutus. Laitteet, jotka käyttävät suoraan pietsosähköinen vaikutus ovat mikrofonit, paine-anturit, hydrofonit, ja monet muut tunnistava tyyppisiä laitteita.
Käänteinen Pietsosähköinen Vaikutus,
pietsosähköinen vaikutus voi olla päinvastainen, joka on nimitystä käänteinen pietsosähköinen vaikutus. Tämä syntyy soveltamalla sähköjännitettä tehdä pietsosähköinen kide kutistua tai laajentaa (Kuva. 2)., Käänteinen pietsosähköinen vaikutus muuntaa sähköenergian mekaaniseksi energiaksi.
2. Kääntyminen pietsosähköinen vaikutus, kutsutaan käänteinen pietsosähköinen vaikutus, on, kun jännite sovelletaan kutistua tai laajentaa pietsosähköinen kide.
inverse pietsosähköisen efektin avulla voidaan kehittää laitteita, jotka tuottavat ja tuottavat akustisia ääniaaltoja. Esimerkkejä pietsosähköisistä akustisista laitteista ovat kaiuttimet (joita esiintyy yleisesti kämmentietokoneissa) tai summerit., Tällaisten kaiuttimien etuna on, että ne ovat hyvin ohuita, mikä tekee niistä hyödyllisiä useissa puhelimissa. Jopa lääketieteelliset ultraääni – ja kaikuluotaimet käyttävät käänteistä pietsosähköistä vaikutusta. Akustisia inverse pietsosähköisiä laitteita ovat moottorit ja toimilaitteet.
Pietsosähköisiä Materiaaleja,
Pietsosähköiset materiaalit ovat materiaaleja, jotka voivat tuottaa sähköä, koska mekaanista rasitusta, kuten puristus. Nämä materiaalit voivat myös muotoutua, kun käytetään jännitettä (sähköä).
Kaikki pietsosähköiset materiaalit ovat ei-johtavia, jotta pietsosähköinen vaikutus esiintyä ja työskennellä., Ne voidaan erottaa kahdeksi ryhmäksi: kiteiksi ja keramiikaksi.4
joitakin esimerkkejä pietsosähköisistä materiaaleista ovat PZT (tunnetaan myös lyijysirkonaattitititanaattina), bariumtitanaatti ja litiumniobaatti. Nämä keinotekoiset materiaalit on selvempi vaikutus (parempi materiaali käyttää) kuin kvartsi ja muut luonnon pietsosähköiset materiaalit.
vertaa PZT: tä kvartsiin. PZT voi tuottaa enemmän jännitettä samaan määrään sovellettua mekaanista rasitusta. Vastaavasti jännitteen soveltaminen PZT: hen kvartsin sijaan antaa enemmän liikettä., Kvartsi, tunnettu pietsosähköinen materiaali, on myös ensimmäinen tunnettu pietsosähköinen materiaali.
PZT syntyy ja tuotetaan (korkeissa lämpötiloissa) kahdella kemiallisella alkuaineella—lyijyllä ja zirkoniumilla—ja yhdistetään kemialliseen yhdisteeseen nimeltä titanaatti. PZT: n kemiallinen kaava on (PbO3). Sitä käytetään yleisesti tuottamaan ultraääniantureita, keraamisia kondensaattoreita ja muita antureita ja toimilaitteita. Se myös evinces erityinen valikoima erilaisia ominaisuuksia. Vuonna 1952 PZT: tä valmisti Tokyo Institute of Technology.,5
Bariumtitanaatti on ferrosähköinen keraaminen materiaali, jolla on pietsosähköisiä ominaisuuksia.6 tästä syystä bariumtitanaattia on käytetty pietsosähköisenä materiaalina kauemmin kuin useimmat muut. Sen kemiallinen kaava on BaTiO3. Bariumtitanaatti löydettiin vuonna 1941 toisen maailmansodan aikana.7
Litiumniobaatti on yhdiste, joka yhdistää happea, litiumia ja niobiumia. Sen kemiallinen kaava on LiNbO3.8 Myös ferroelectric keraaminen materiaali, se on vain, kuten barium-titanate, että se on pietsosähköisiä ominaisuuksia, liian.,9
Pietsosähköiset laitteet
kaikuluotain
1900-luvulla saapuneen kaikuluotaimen keksi Lewis Nixon. Hän kehitti aluksi kaikuluotaimen, joka auttoi havaitsemaan jäävuoria. Kiinnostus kaikuluotaimeen nousi kuitenkin ensimmäisen maailmansodan aikana sukellusveneiden vedenalaisten paikantamiseksi. Kaikuluotaimella on tietenkin monia tarkoituksia ja käyttötarkoituksia nykyään kalojen paikantamisesta vedenalaiseen navigointiin ja niin edelleen.
3. Kanssa pietsosähköinen kaiku, lähetin käyttää käänteinen pietsosähköinen vaikutus lähettää ääniaalto etsiä esineitä eteenpäin.,
Kuvassa 3 kaikuluotain lähettää lähettimen kautta ääniaallon (signaalin) etsimään edessä olevia kohteita. Lähetin käyttää käänteinen pietsosähköinen vaikutus, joka on, kun lähetin käyttää jännite auttaa se lähettää ääniaalto. Kun ääniaalto osuu kohteeseen, se kimpoaa takaisin. Vastaanotin havaitsee takaisin pomppivan ääniaallon.
vastaanotin, toisin kuin lähetin, käyttää suoraa pietsosähköistä vaikutusta. Vastaanotin pietsosähköinen laite saa pakattu palaavan ääniaallon., Se lähettää signaalin (jännitteen) signaalinkäsittelyelektroniikkaan, joka ottaa sen kimmonneen takaisin-ääniaallon ja alkaa käsitellä sitä. Se määrittää kohteen etäisyyden laskemalla lähettimen ja vastaanottimen ajoitussignaalit.
Pietsosähköiset toimilaitteet
kuva 4 näyttää pietsosähköisen toimilaitteen toiminnan. Pohja pysyy paikallaan ja toimii kuin metallilevy, joka leipoo keskimmäisen pietsosähköisen materiaalin. Sitten jännite levitetään materiaaliin, joka laajenee ja supistuu sovelletun jännitteen sähkökentästä., Pietsokide liikkuu hyvin vähän, joko eteen-tai taaksepäin. Kun pietsomateriaali tai kristalli liikkuu, se hitaasti työntää ja vetää toimilaitteen.
4. Pietsosähköisessä toimilaitteessa jännite kohdistuu pietsosähköiseen materiaaliin aiheuttaen laajenemista ja supistumista.
pietsosähköisellä toimilaitteella on monia käyttötarkoituksia ja sovelluksia. Esimerkiksi, neulominen koneet ja pistekirjoitus koneet käyttää näitä toimilaitteita, koska niillä on niin pieni määrä liikkuvia osia ja hyvin yksinkertainen muotoilu., Niitä löytyy jopa videokameroista ja matkapuhelimista, koska ne ovat osoittautuneet tehokkaimmiksi automaattitarkistusmekanismiksi.10
Pietsosähköiset Kaiuttimet ja Summerit
Pietsosähköiset kaiuttimet ja summerit käyttää käänteinen pietsosähköinen vaikutus, luoda ja tuottaa ääntä. Kun jännite kohdistetaan kaiuttimiin ja summeriin, se luo ääniaaltoja (Kuva. 2, uudelleen). Audio jännite signaali levitetään pietsosähköinen keraaminen kaiuttimet tai summerit aiheuttaa materiaalin värinä ilmassa. Tämä värähtely tuottaa ääniaaltoja, jotka tulevat kaiuttimesta.,
pietsosähköisiä kaiuttimia käytetään yleisesti herätyskelloissa tai muissa pienissä mekaanisissa laitteissa yksinkertaisten, laadukkaiden ääniäänien tuottamiseen. Se johtuu siitä, että ne rajoittuvat pieneen määrään taajuusvastetta.11.
Piezo Kuljettajia,
Piezo kuljettajat voivat muuntaa alhainen akun jännite korkea jännite virta pietsosähköiset laitteet. Piezo ajurit ovat erittäin tärkeitä, koska ne auttavat insinöörejä tuottamaan enemmän jännitettä luoda suurempia siniaaltoja.
5., On piezo driver muuntaa akun jännitettä suurempi jännite, jota käytetään power vahvistin, joka ajaa laite. Oskillaattori syöttää pieniä siniaaltoja, jotka vahvistin muuttuu suuremmiksi siniaalloiksi.
kuva 5 on lohkokaavio, joka havainnollistaa pietso-kuljettajan toimintaa. Piezo-ajurit ottavat pienen akkujännitteen ja käyttävät tehostinta muuntaakseen sen korkeammaksi jännitteeksi. Tämän jälkeen vahvistimen tehoon käytetään korkeampaa jännitettä. Oskillaattori syöttää pieniä siniaaltoja, jotka vahvistin muuttuu suuremmiksi jännitteen siniaalloiksi. Vahvistin ohjaa piezo-laitetta.,
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