 |
Descărcați acest articol .Format PDF acest tip de fișier include grafică și scheme de înaltă rezoluție, atunci când este cazul. |
Piezoelectricitate a fost descoperit de către doi oameni de știință francezi frații lui, Jacques și Pierre Curie, în 1880., Ei au aflat despre Piezoelectricitate după ce și-au dat seama mai întâi că presiunea aplicată cuarțului sau chiar unor anumite cristale creează o sarcină electrică în acel anumit material.1 mai târziu s-au referit la acel fenomen ciudat și științific ca efect piezoelectric.frații Curie au descoperit curând efectul piezoelectric invers. A fost după ce au verificat că, atunci când un câmp electric a fost aplicat pe conductorii de cristal, a dus la malformația sau tulburarea la plumbul de cristal—numit acum efectul piezoelectric invers.,termenul Piezoelectricitate provine de la cuvântul grecesc piezo care înseamnă a stoarce sau a apăsa. Interesant, electric în greacă înseamnă chihlimbar. Amber, de asemenea, sa întâmplat să fie o sursă de sarcină electrică.2
multe dispozitive electronice folosesc astăzi Piezoelectricitate. De exemplu, atunci când utilizați un anumit tip de software de recunoaștere vocală sau chiar Siri pe smartphone-ul dvs., microfonul în care vorbiți utilizează probabil Piezoelectricitate. Acel cristal piezo transformă energia sonoră din vocea ta și o transformă în semnale electrice pentru ca computerul sau telefonul tău să le interpreteze.,3 că totul devine posibil cu Piezoelectricitate.crearea diferitelor tehnologii mai avansate poate fi urmărită până la descoperirea piezoelectricității. De exemplu, puternicul sonar „sonobuoy” Microfoane sensibile mici și traductorul de ton audio ceramic au fost posibile prin Piezoelectricitate. Astăzi vedem dezvoltarea de materiale și dispozitive piezoelectrice din ce în ce mai multe.după cum se menționează, comprimarea unui material piezoelectric produce energie electrică (Piezoelectricitate). Figura 1 explică conceptul.
1., Efectul piezoelectric are loc prin comprimarea unui material piezoelectric.materialul Piezoceramic – ceramică piezoelectrică neconductivă sau cristal—este plasat între cele două plăci metalice. Pentru ca piezoelectricitatea să fie generată, este nevoie ca materialul să fie comprimat sau stors. Stresul mecanic aplicat materialului ceramic piezoelectric generează energie electrică.
așa cum se arată în Fig. 1, există un potențial de tensiune peste Materialul. Cele două plăci metalice sandwich cristalul piezo. Plăcile metalice colectează încărcăturile, ceea ce creează/produce tensiune (simbolul fulgerului), adică.,, Piezoelectricitate. În acest fel, efectul piezoelectric acționează ca o baterie miniaturală, deoarece produce energie electrică. Acesta este efectul piezoelectric direct. Dispozitivele care utilizează efectul piezoelectric direct includ Microfoane, senzori de presiune, hidrofoane și multe alte tipuri de dispozitive de detectare.efectul piezoelectric invers poate fi inversat, care este denumit efectul piezoelectric invers. Acest lucru este creat prin aplicarea tensiunii electrice pentru a face un cristal piezoelectric să se micșoreze sau să se extindă (Fig. 2)., Efectul piezoelectric invers transformă energia electrică în energie mecanică.
2. Inversarea efectului piezoelectric, numit efectul piezoelectric invers, este atunci când tensiunea este aplicată pentru a micsora sau extinde un cristal piezoelectric.utilizarea efectului piezoelectric invers poate ajuta la dezvoltarea dispozitivelor care generează și produc unde sonore acustice. Exemple de dispozitive acustice piezoelectrice sunt difuzoarele (frecvent întâlnite în dispozitivele portabile) sau sonerii., Avantajul de a avea astfel de difuzoare este că acestea sunt foarte subțiri, ceea ce le face utile într-o gamă de telefoane. Chiar și traductoarele medicale cu ultrasunete și sonar utilizează efectul piezoelectric invers. Dispozitivele piezoelectrice inverse non-acustice includ motoare și actuatoare.materialele piezoelectrice sunt materiale care pot produce energie electrică din cauza stresului mecanic, cum ar fi compresia. Aceste materiale se pot deforma și atunci când se aplică tensiune (electricitate).toate materialele piezoelectrice sunt neconductoare pentru ca efectul piezoelectric să apară și să funcționeze., Ele pot fi separate în două grupe: cristale și ceramică.4
câteva exemple de materiale piezoelectrice sunt PZT (cunoscut și sub denumirea de titanat de zirconiu de plumb), titanat de bariu și niobat de litiu. Aceste materiale artificiale au un efect mai pronunțat (material mai bun de utilizat) decât cuarțul și alte materiale piezoelectrice naturale.
comparați PZT cu cuarț. PZT poate produce mai multă tensiune pentru aceeași cantitate de stres mecanic aplicat. În schimb, aplicarea tensiunii la PZT în loc de cuarț oferă mai multă mișcare., Cuarțul, un cunoscut material piezoelectric, este, de asemenea, primul material piezoelectric cunoscut.PZT este creat și produs (la temperaturi ridicate) cu două elemente chimice—plumb și zirconiu—și combinat cu un compus chimic numit titanat. Formula chimică a PZT este (PbO3). Acesta este frecvent utilizat pentru a produce traductoare ultrasunete, condensatoare ceramice și alți senzori și actuatoare. De asemenea, prezintă o gamă specială de proprietăți diferite. În 1952, PZT a fost fabricat de Institutul de Tehnologie din Tokyo.,5
titanatul de bariu este un material ceramic feroelectric cu proprietăți piezoelectrice.6 din acest motiv, titanatul de bariu a fost folosit ca material piezoelectric mai mult decât majoritatea celorlalte. Formula sa chimică este BaTiO3. Titanat de bariu a fost descoperit în 1941 în timpul al doilea Război Mondial.7
de niobat de Litiu este un compus care combină cu oxigen, litiu, și niobiu. Formula sa chimică este LiNbO3. 8 de asemenea, un material ceramic feroelectric este la fel ca titanatul de bariu prin faptul că are și proprietăți piezoelectrice.,9
dispozitive piezoelectrice
Sonar
Sonar, care a sosit în anii 1900, a fost inventat de Lewis Nixon. El a dezvoltat inițial sonar pentru a ajuta la detectarea aisbergurilor. Interesul pentru sonar a crescut în timpul Primului Război Mondial, totuși, pentru a ajuta la localizarea submarinelor sub apă. Desigur, sonarul are multe scopuri și utilizări astăzi, de la localizarea peștilor la navigarea subacvatică și așa mai departe.
3. Cu sonarul piezoelectric, un emițător care utilizează efectul piezoelectric invers trimite o undă sonoră pentru a căuta obiecte înainte.,
în Figura 3, sonarul trimite, prin transmițător, o undă sonoră (semnal) pentru a căuta obiecte înainte. Transmițătorul folosește efectul piezoelectric invers, care este atunci când emițătorul va folosi tensiunea pentru a-l ajuta să trimită o undă sonoră. Odată ce unda sonoră lovește un obiect, acesta va sări înapoi. Unda sonoră care se întoarce va fi detectată de receptor.receptorul, spre deosebire de emițător, utilizează efectul piezoelectric direct. Dispozitivul piezoelectric al receptorului este comprimat de undele sonore care se întorc., Acesta trimite semnalul (tensiunea) către electronica de procesare a semnalului, care va lua acel val sonor înapoi și va începe procesarea acestuia. Acesta va determina distanța obiectului prin calcularea semnalelor de sincronizare de la emițător și receptor.
actuatoare piezoelectrice
Figura 4 arată funcționarea unui actuator piezoelectric. Baza rămâne nemișcată și acționează ca placa metalică care Sandwich Materialul piezoelectric din mijloc. Apoi tensiunea este aplicată materialului, care se extinde și se contractă din câmpul electric al tensiunii aplicate., Cristalul piezo se mișcă foarte puțin, înainte sau înapoi. Odată ce materialul piezo sau cristalul se mișcă, acesta împinge încet și trage servomotorul.
4. Într-un actuator piezoelectric, tensiunea este aplicată materialului piezoelectric, determinând dilatarea și contracția.servomotorul piezoelectric are multe utilizări și aplicații. De exemplu, mașinile de tricotat și mașinile braille folosesc aceste actuatoare, deoarece au o cantitate atât de mică de piese în mișcare și un design foarte simplu., Ele pot fi găsite chiar și în camere video și telefoane celulare, deoarece acestea sunt dovedite cele mai competenți ca un mecanism de auto-focalizare.10
Difuzoare piezoelectrice și sonerii
difuzoarele piezoelectrice și sonerii utilizează efectul piezoelectric invers pentru a genera și produce sunet. Când tensiunea este aplicată difuzoarelor și soneriei, se creează unde sonore (Fig. 2, din nou). Un semnal de tensiune audio aplicat ceramicii piezoelectrice a difuzoarelor sau a soneriei va determina materialul să vibreze aerul. Această vibrație produce unde sonore, care ies din difuzor.,difuzoarele piezoelectrice sunt utilizate în mod obișnuit în ceasurile de alarmă sau în alte dispozitive mecanice mici pentru a genera sunete audio simple, de înaltă calitate. Asta pentru că sunt limitate la o cantitate mică de răspuns în frecvență.11
drivere Piezo
driverele Piezo pot converti tensiunea scăzută a bateriei în tensiune înaltă pentru a alimenta dispozitivele piezoelectrice. Driverele Piezo sunt foarte importante, deoarece ajută inginerii să producă mai multă tensiune pentru a crea unde sinusoidale mai mari.
5., Un driver piezo convertește tensiunea scăzută a bateriei la o tensiune mai mare, care este utilizată pentru a alimenta un amplificator care conduce dispozitivul. Un oscilator introduce unde sinusoidale mici pe care amplificatorul le transformă în unde sinusoidale mai mari.figura 5 este o diagramă bloc care ilustrează funcționarea piezo-driverului. Driverele Piezo vor avea o tensiune scăzută a bateriei și vor folosi un rapel pentru a-l converti la o tensiune mai mare. Tensiunea mai mare este apoi utilizată pentru a alimenta amplificatorul. Oscilatorul va introduce unde sinusoidale mici, pe care amplificatorul le va schimba în unde sinusoidale de tensiune mai mari. Amplificatorul conduce dispozitivul piezo.,
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