 |
Download dit artikel in .PDF-formaat dit bestandstype bevat afbeeldingen met hoge resolutie en schema ‘ s indien van toepassing. |
Piezoelectricity werd ontdekt door twee Franse wetenschappers, Jacques en Pierre Curie, in 1880., Ze ontdekten piëzo-elektriciteit nadat ze zich voor het eerst realiseerden dat druk op kwarts of zelfs bepaalde kristallen een elektrische lading in dat bepaalde materiaal creëert.1 later verwezen ze naar dat vreemde en wetenschappelijke fenomeen als het piëzo-elektrische effect.de gebroeders Curie ontdekten al snel het omgekeerde piëzo-elektrische effect. Het was nadat ze geverifieerd dat wanneer een elektrisch veld werd afgedwongen op kristalleidingen, het leidde tot de misvorming of wanorde aan het kristallood—nu het inverse piëzo-elektrisch effect genoemd.,
De term piëzoelektriciteit komt van het Griekse woord piëzo wat drukken of persen betekent. Interessant is dat elektrisch in het Grieks amber betekent. Amber was toevallig ook een bron van elektrische lading.2
veel elektronische apparaten maken tegenwoordig gebruik van piëzo-elektriciteit. Bijvoorbeeld, wanneer u een soort spraakherkenningssoftware gebruikt, of zelfs Siri op uw smartphone, gebruikt de microfoon waar u in spreekt waarschijnlijk piëzo-elektriciteit. Dat piezo-kristal verandert de geluidsenergie in je stem en verandert het in elektrische signalen die je computer of je telefoon kan interpreteren.,3 dat alles mogelijk wordt met piëzo-elektriciteit.
de ontwikkeling van verschillende meer geavanceerde technologieën kan worden getraceerd tot de ontdekking van piëzo-elektriciteit. Bijvoorbeeld, de krachtige sonar “sonobuoy” kleine gevoelige microfoons, en de keramische audio toon transducer, werden mogelijk gemaakt door piëzo-elektriciteit. Vandaag zien we de ontwikkeling van steeds meer piëzo-elektrische materialen en apparaten.
Direct piëzo-elektrisch Effect
zoals vermeld, produceert het comprimeren van een piëzo-elektrisch materiaal elektriciteit (piëzo-elektriciteit). Figuur 1 verklaart het concept.
1., Het piëzo-elektrisch effect treedt op door compressie van een piëzo-elektrisch materiaal.
Piëzoceramisch materiaal-niet-geleidend piëzo-elektrisch keramiek of kristal-wordt tussen de twee metalen platen geplaatst. Om piëzo-elektriciteit te genereren, moet dat materiaal worden gecomprimeerd of geperst. Mechanische belasting toegepast op piëzo-elektrisch keramisch materiaal genereert elektriciteit.
zoals weergegeven in Fig. 1, Er is een spanningspotentieel over het materiaal. De twee metalen platen sandwich het piezo kristal. De metalen platen verzamelen de ladingen, waardoor / produceert spanning (bliksemschicht symbool), d.w.z.,, piëzo. Op deze manier werkt het piëzo-elektrisch effect als een miniatuurbatterij, omdat het elektriciteit produceert. Dit is het directe piëzo-elektrisch effect. Apparaten die het directe piëzo-elektrisch effect gebruiken, zijn Microfoons, druksensoren, hydrofoons en vele andere detectietypes.
Inverse piëzo-elektrisch Effect
het piëzo-elektrisch effect kan worden omgekeerd, wat aangeduid wordt als het inverse piëzo-elektrisch effect. Dit wordt gecreëerd door elektrische spanning toe te passen om een piëzo-elektrisch kristal te laten krimpen of uitzetten (Fig. 2)., Het omgekeerde piëzo-elektrisch effect zet elektrische energie om in mechanische energie.
2. Omkering van het piëzo-elektrisch effect, het omgekeerde piëzo-elektrisch effect genoemd, is wanneer spanning wordt toegepast om een piëzo-elektrisch kristal te krimpen of uit te breiden.
met behulp van het inverse piëzo-elektrisch effect kunnen apparaten worden ontwikkeld die akoestische geluidsgolven genereren en produceren. Voorbeelden van piëzo-elektrische akoestische apparaten zijn luidsprekers (vaak te vinden in handheld-apparaten) of zoemers., Het voordeel van het hebben van dergelijke luidsprekers is dat ze erg dun zijn, waardoor ze nuttig zijn in een reeks telefoons. Zelfs medische echografie en sonar transducers gebruiken omgekeerde piëzo-elektrisch effect. Niet-akoestische inverse piëzo-elektrische apparaten omvatten motoren en actuatoren.
piëzo-elektrische materialen
piëzo-elektrische materialen zijn materialen die elektriciteit kunnen produceren door mechanische belasting, zoals compressie. Deze materialen kunnen ook vervormen wanneer spanning (elektriciteit) wordt toegepast.
alle piëzo-elektrische materialen zijn niet-geleidend zodat het piëzo-elektrische effect optreedt en werkt., Ze kunnen worden gescheiden in twee groepen: kristallen en keramiek.4
enkele voorbeelden van piëzo-elektrische materialen zijn PZT (ook bekend als loodzirconaattitanaat), bariumtitanaat en lithium-niobaat. Deze door de mens gemaakte materialen hebben een meer uitgesproken effect (beter te gebruiken materiaal) dan kwarts en andere natuurlijke piëzo-elektrische materialen.
vergelijk PZT met kwarts. PZT kan meer spanning produceren voor dezelfde hoeveelheid toegepaste mechanische spanning. Omgekeerd zorgt het toepassen van spanning op PZT in plaats van kwarts voor meer beweging., Kwarts, een bekend piëzo-elektrisch materiaal, is ook het eerste bekende piëzo-elektrisch materiaal.
PZT wordt gemaakt en geproduceerd (bij hoge temperaturen) met twee chemische elementen—lood en zirkonium—en gecombineerd met een chemische verbinding genaamd titanaat. De chemische formule van PZT is (PbO3). Het wordt vaak gebruikt om ultrageluidtransducers, keramische condensatoren en andere sensoren en actuatoren te produceren. Het toont ook een speciale reeks van verschillende eigenschappen. In 1952 werd PZT geproduceerd door het Tokyo Institute of Technology.,5
bariumtitanaat is een Ferro-elektrisch keramisch materiaal met piëzo-elektrische eigenschappen.6 om die reden wordt bariumtitanaat langer als piëzo-elektrisch materiaal gebruikt dan de meeste andere. De chemische formule is BaTiO3. Bariumtitanaat werd ontdekt in 1941 tijdens de Tweede Wereldoorlog. 7
Lithium Niobaat is een verbinding die zuurstof, lithium en niobium combineert. De chemische formule is LiNbO3. 8 ook een Ferro-elektrisch keramisch materiaal het is net als bariumtitanaat in dat het piëzo-elektrische eigenschappen, ook.,9
p > piëzo-elektrische apparaten
Sonar
Sonar, die in de jaren 1900 arriveerde, werd uitgevonden door Lewis Nixon. Hij ontwikkelde aanvankelijk sonar om ijsbergen te helpen detecteren. De interesse in sonar steeg tijdens de Eerste Wereldoorlog, om onderzeeërs onder water te helpen lokaliseren. Natuurlijk, sonar heeft vele doeleinden en toepassingen vandaag, van het lokaliseren van vis onder water navigatie en ga zo maar door.
3. Met piëzo-elektrische sonar zendt een zender met het omgekeerde piëzo-elektrische effect een geluidsgolf uit om naar objecten te zoeken.,
in Figuur 3 zendt de sonar via een zender een geluidsgolf (signaal) uit om te zoeken naar objecten voor ons. De zender maakt gebruik van inverse piëzo-elektrisch effect, dat is wanneer de zender spanning zal gebruiken om het te helpen sturen van een geluidsgolf. Zodra de geluidsgolf een object raakt, zal het terugstuiteren. De geluidsgolf die weerkaatst wordt gedetecteerd door de ontvanger.
de ontvanger gebruikt, in tegenstelling tot de zender, het directe piëzo-elektrische effect. De ontvanger piëzo-elektrisch apparaat wordt gecomprimeerd door de terugkerende geluidsgolf., Het stuurt het signaal (voltage) naar de signaalverwerkingselektronica, die de teruggestuurde geluidsgolf neemt en begint met het verwerken. Het zal de afstand van het object bepalen door de timing signalen van de zender en de ontvanger te berekenen.
piëzo-elektrische actuatoren
Figuur 4 toont de werking van een piëzo-elektrische actuator. De basis blijft stil en fungeert als de metalen plaat die sandwiches het middelste piëzo-elektrisch materiaal. Vervolgens wordt spanning toegepast op het materiaal, dat uitzet en samentrekt van het elektrische veld van de toegepaste spanning., Het piëzokristal beweegt heel weinig, vooruit of achteruit. Zodra het piëzo-materiaal of kristal beweegt, duwt en trekt het langzaam de actuator.
4. In een piëzo-elektrische actuator wordt spanning toegepast op het piëzo-elektrische materiaal, waardoor expansie en contractie.
de piëzo-elektrische actuator heeft vele toepassingen en toepassingen. Breimachines en braillemachines maken bijvoorbeeld gebruik van deze actuatoren, omdat ze zo ‘ n kleine hoeveelheid bewegende delen hebben en een zeer eenvoudig ontwerp., Ze kunnen zelfs worden gevonden in videocamera ‘ s en mobiele telefoons, omdat ze zijn bewezen meest bedreven als een Auto-Scherpstellen Mechanisme.10
p > piëzo-elektrische Luidsprekers en zoemers
piëzo-elektrische Luidsprekers en zoemers gebruiken het omgekeerde piëzo-elektrische effect om geluid te genereren en te produceren. Wanneer spanning wordt toegepast op Luidsprekers en zoemers, creëert het geluidsgolven (Fig. 2, opnieuw). Een audiovoltage signaal toegepast op de piëzo-elektrische keramiek van luidsprekers of zoemers zal ervoor zorgen dat het materiaal om de lucht te trillen. Die vibratie produceert geluidsgolven, die uit de luidspreker komen.,
piëzo-elektrische luidsprekers worden vaak gebruikt in wekkers of andere kleine mechanische apparaten om eenvoudige, hoogwaardige audiogeluiden te genereren. Dat komt omdat ze beperkt zijn tot een kleine hoeveelheid frequentierespons.11
piëzo-stuurprogramma ‘s
piëzo-stuurprogramma’ s kunnen lage batterijspanning omzetten in hoogspanning naar piëzo-elektrische apparaten. Piëzo-drivers zijn erg belangrijk, omdat ze ingenieurs helpen meer spanning te produceren om grotere sinusgolven te creëren.
5., Een piëzo-driver zet lage batterijspanning om naar een hogere spanning, die wordt gebruikt om een versterker aan te drijven die het apparaat aandrijft. Een oscillator input kleine sinusgolven die de versterker verandert in grotere sinusgolven.
Figuur 5 is een blokdiagram dat de werking van piëzo-drivers illustreert. Piëzo-drivers nemen een lage batterijspanning en gebruiken een booster om deze om te zetten in een hogere spanning. De hogere spanning wordt dan gebruikt om de versterker aan te drijven. De oscillator input kleine sinusgolven, die de versterker zal veranderen in grotere spanning sinusgolven. De versterker drijft het piëzo apparaat aan.,
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