 |
Last ned denne artikkelen i .PDF-format Denne filtypen inneholder grafikk med høy oppløsning og skjemaer når det er aktuelt. |
Piezoelectricity ble oppdaget av to franske forskere’ brødre, Jacques og Pierre Curie, i 1880., De fant ut om piezoelectricity etter først å innse at trykket brukt til kvarts eller enda noen visse krystaller skaper en elektrisk ladning i at visse materiale.1 De senere referert til som merkelig og vitenskapelig fenomen som den piezoelektriske effekten.
Curie brødre oppdaget snart den inverse piezoelektriske effekten. Det var etter at de har kontrollert at når et elektrisk felt ble håndhevet på crystal fører, det førte til deformering eller lidelse crystal føre—nå heter det omvendte piezoelektriske effekten.,
begrepet piezoelectricity kommer fra det greske ordet piezo meningen å presse eller trykk på. Interessant, elektrisk på gresk betyr gult. Amber også skjedde til å være en kilde av elektrisk ladning.2
Mange elektroniske enheter som i dag bruker piezoelectricity. For eksempel, når du bruker noen form for stemme-gjenkjennelse programvare, eller til og med Siri på din smarttelefon, mikrofon, slik at du snakker til er sannsynligvis bruker piezoelectricity. Som piezo crystal slår lyden energi i stemmen, og endrer det til elektriske signaler for datamaskinen eller telefonen å tolke.,3 At alle blir mulig med piezoelectricity.
etablering av ulike mer avansert teknologi som kan spores tilbake til oppdagelsen av piezoelectricity. For eksempel, kraftig ekkolodd «sonar registrerer» lite følsomme mikrofoner, og den keramiske lyd tone svinger, ble gjort mulig av piezoelectricity. I dag er vi å se utviklingen av stadig mer piezoelektriske materialer og utstyr.
Direkte Piezoelektrisk Effekt
Som nevnt, å komprimere et piezoelektrisk materiale produserer elektrisitet (piezoelectricity). Figur 1 forklarer konseptet.
1., Den piezoelektriske effekten oppstår gjennom komprimering av et piezoelektrisk materiale.
Piezokeramisk materiale—ikke-ledende piezoelektriske keramisk eller krystall—er plassert mellom de to metallplater. For piezoelectricity til å bli generert, er det behov for at materialet skal være komprimert eller presset. Mekanisk stress brukes til piezoelektriske keramisk materiale som genererer elektrisitet.
Som vist i Fig. 1, er det et spenningspotensial over materialet. De to metallplater sandwich piezo krystall. Metall plater samle kostnader, noe som skaper/gir spenning (lyn-symbolet), dvs.,, piezoelectricity. På denne måten, den piezoelektriske effekten fungerer som en miniatyr batteri, fordi det produserer elektrisitet. Dette er den direkte piezoelektriske effekten. Enheter som bruker direkte piezoelektrisk effekt inkluderer mikrofoner, trykksensorer, hydrophones, og mange andre sensing typer enheter.
Inverse Piezoelektrisk Effekt
Den piezoelektriske effekten kan bli reversert, som er referert til som den inverse piezoelektriske effekten. Dette er skapt ved bruk av elektrisk spenning for å gjøre en piezoelektrisk krystall krympe eller utvide (Fig. 2)., Den inverse piezoelektrisk effekt omdanner elektrisk energi til mekanisk energi.
2. Tilbakeføring av piezoelektrisk effekt, heter det omvendte piezoelektrisk effekt, er når spenningen er brukt til å krympe eller utvide en piezoelektrisk krystall.
ved Hjelp av den inverse piezoelektriske effekten kan bidra til å utvikle enheter som genererer og produsere akustiske bølger. Eksempler på piezoelektriske akustiske enheter er høyttalere (som ofte finnes i håndholdte enheter) eller-svarknapper., Fordelen av å ha slike høyttalere er at de er svært tynn, noe som gjør dem nyttig i en rekke telefoner. Selv medisinsk ultralyd og ekkolodd svingere bruke omvendt piezoelektriske effekten. Ikke-akustiske inverse piezoelektriske enheter inkluderer motorer og aktuatorer.
Piezoelektriske Materialer
Piezoelektriske materialer er materialer som kan produsere elektrisitet på grunn av mekanisk stress, for eksempel komprimering. Disse materialene kan også deformeres når spenning (strøm) er anvendt.
Alle piezoelektrisk materiale er ikke-ledende i orden for den piezoelektriske effekten oppstår og arbeid., De kan være delt inn i to grupper: krystaller og keramikk.4
Noen eksempler på piezoelektriske materialer er PZT (også kjent som fører zirconate titanate), barium titanate, og litium niobate. Disse kunstige materialer har en mer uttalt effekt (bedre materiale å bruke) enn kvarts og andre naturlige piezoelektriske materialer.
Sammenlign PZT til kvarts. PZT kan produsere mer spenning for samme mengde brukt mekanisk stress. Derimot, søker spenning til PZT i stedet for kvarts gir mer bevegelighet., Kvarts, en velkjent piezoelektrisk materiale, er også det første kjente piezoelektriske materiale.
PZT er skapt og produsert (under høye temperaturer) med to kjemiske elementer—føre og zirkonium—og kombinert med et kjemisk stoff som heter titanate. PZT kjemiske formelen er (PbO3). Det er vanligvis brukes til å produsere ultrasounds transdusere, keramiske kondensatorer, og andre sensorer og aktuatorer. Det er også evinces et spesielt utvalg av forskjellige egenskaper. I 1952, PZT ble produsert ved Tokyo Institute of Technology.,5
Barium titanate er en ferroelektriske keramisk materiale med piezoelektriske egenskaper.6 derfor, barium titanate har vært brukt som et piezoelektrisk materiale lenger enn de fleste andre. Den kjemiske formelen er BaTiO3. Barium titanate ble oppdaget i 1941 under andre Verdenskrig.7
Litium niobate er et stoff som kombinerer oksygen, litium, og niob. Den kjemiske formelen er LiNbO3.8 Også en ferroelektriske keramisk materiale det er akkurat som barium titanate i at det har piezoelektriske egenskaper, også.,9
Piezoelektriske Enheter
Ekkolodd
Ekkolodd, som kom på 1900-tallet, ble oppfunnet av Lewis Nixon. Han opprinnelig utviklet for ekkolodd å bidra til å oppdage isfjell. Interesse i ekkolodd rose under den første Verdenskrig, selv om, for å finne ubåter under vann. Selvfølgelig, ekkolodd har mange formål og bruker i dag, fra å finne fisk til undervanns navigasjon og så videre.
3. Med piezoelektrisk ekkolodd, en sender ved hjelp av den inverse piezoelektriske effekten sender ut en lydbølge for å søke etter objekter i forkant.,
I Figur 3, ekkolodd sender ut, via senderen, en lydbølge (signal) for å søke etter objekter i forkant. Senderen bruker omvendte piezoelektrisk effekt, som når senderen vil bruke spenning å hjelpe det til å sende ut en lydbølge. Når en lydbølge treffer en gjenstand, vil den sprette tilbake. Lydbølge som spretter tilbake vil bli oppdaget av mottakeren.
mottakeren, i motsetning til senderen, bruker direkte piezoelektriske effekten. Mottakeren piezoelektriske enheten blir komprimert ved retur lydbølge., Det sender et signal (spenning) til signal-behandling elektronikk, som vil ta den spratt tilbake lydbølge og begynne å behandle den. Det vil bestemme objektets avstand ved å beregne tidspunktet signaler fra senderen og mottakeren.
Piezoelektriske Aktuatorer
Figur 4 viser driften av et piezoelektrisk aktuator. Base holder seg fortsatt, og fungerer som metallplaten som smørbrød midten piezoelektriske materiale. Deretter spenning til materialet, som utvider seg og trekker fra søkte spenning er elektrisk felt., Den piezo-crystal beveger seg svært lite, enten forover eller bakover. Når piezo materiale eller krystall beveger seg, det sakte skyver og trekker aktuatoren.
4. I en piezoelektrisk aktuatoren spenning til piezoelektriske materiale, forårsaker utvidelse og sammentrekning.
Den piezoelektriske aktuatoren har mange bruksområder. For eksempel strikking maskiner og blindeskriftbibliotek maskiner bruke disse aktuatorer, siden de har en så liten mengde av bevegelige deler og et veldig enkelt design., De kan også bli funnet i video-kameraer og mobiltelefoner, fordi de er bevist mest dyktige som en auto-fokus mekanisme.10
Piezoelektriske Høyttalere og-Svarknapper
Piezoelektriske høyttalere og-svarknapper bruke den inverse piezoelektrisk effekt til å skape og produsere lyd. Når spenning til høyttalere og-svarknapper, det skaper lyd-bølger (Fig. 2, igjen). En lyd spenningssignal brukes til piezoelektriske keramiske av høyttalere eller-svarknapper vil føre til at materialet skal vibrere luften. At vibrasjoner produserer lydbølger som kommer ut av høyttaleren.,
Piezoelektriske høyttalere er ofte brukt i vekkerklokker eller andre små mekaniske enheter for å generere enkel, høy kvalitet på lyd høres. Det er fordi de er begrenset til en liten mengde av frekvensrespons.11
Piezo Drivere
Piezo drivere kan konvertere lav batterispenning i høy spenning til strøm piezoelektriske enheter. Piezo-drivere er svært viktig, fordi de hjelper ingeniører produsere mer spenning for å skape større sinus bølger.
5., En piezo driver konverterer lav batterispenning til høyere spenning, som brukes til å drive en forsterker som driver enheten. En oscillator innganger små sinus bølger at forsterkeren blir til større sinus bølger.
Figur 5 er en blokk diagram som illustrerer piezo-driver drift. Piezo-drivere vil ta lav batterispenning og bruke en booster for å konvertere den til høyere spenning. Jo høyere spenning deretter brukes til å drive forsterker. Oscillator vil input små sinus bølger, som forsterker som vil endre til større spenning sinus bølger. Forsterkeren som driver den piezo-enheten.,
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