 |
ladda ner den här artikeln i .PDF-format den här filtypen innehåller högupplösta grafik och scheman när det är tillämpligt. |
piezoelektricitet upptäcktes av två franska forskares bröder, Jacques och Pierre Curie, 1880., De fick reda på piezoelektricitet efter att först ha insett att tryck som appliceras på kvarts eller till och med vissa vissa kristaller skapar en elektrisk laddning i det specifika materialet.1 de hänvisade senare till det konstiga och vetenskapliga fenomenet som den piezoelektriska effekten.
Curie-bröderna upptäckte snart den inverse piezoelektriska effekten. Det var efter att de verifierat att när ett elektriskt fält verkställdes på kristallledningar ledde det till missbildningen eller störningen till kristallledningen – nu kallad den inverse piezoelektriska effekten.,
termen piezoelektricitet kommer från det grekiska ordet piezo som betyder att klämma eller trycka på. Intressant betyder elektrisk på grekiska bärnsten. Amber råkade också vara en källa till elektrisk laddning.2
många elektroniska enheter använder idag piezoelektricitet. Till exempel, när du använder någon typ av röstigenkänningsprogram, eller till och med Siri på din smartphone, använder mikrofonen som du talar till förmodligen piezoelektricitet. Den piezo-kristallen förvandlar ljudenergin i din röst och ändrar den till elektriska signaler för din dator eller din telefon för att tolka.,3 att allt blir möjligt med piezoelektricitet.
skapandet av olika mer avancerade tekniker kan spåras till upptäckten av piezoelektricitet. Till exempel möjliggjordes den kraftfulla sonar ”sonobuoy” små känsliga Mikrofoner, och den keramiska ljudtonomvandlaren, av piezoelektricitet. Idag ser vi utvecklingen av allt mer piezoelektriska material och enheter.
Direkt piezoelektrisk effekt
som angivet ger komprimering av ett piezoelektriskt material elektricitet (piezoelektricitet). Figur 1 förklarar konceptet.
1., Den piezoelektriska effekten sker genom kompression av ett piezoelektriskt material.
Piezoceramic material—icke-ledande piezoelektrisk keramik eller kristall—placeras mellan de två metallplattorna. För att piezoelektricitet ska genereras behöver det materialet komprimeras eller pressas. Mekanisk påkänning appliceras på piezoelektriska keramiska material genererar el.
som visas i Fig. 1, Det finns en spänningspotential över materialet. De två metallplattorna smörjer piezokristallen. Metallplattorna samlar laddningarna, vilket skapar / producerar spänning (blixtbultsymbol), dvs,, piezoelektricitet. På så sätt fungerar den piezoelektriska effekten som ett miniatyrbatteri, eftersom det producerar el. Detta är den direkta piezoelektriska effekten. Enheter som använder den direkta piezoelektriska effekten inkluderar mikrofoner, tryckgivare, hydrofoner och många andra avkänningstyper av enheter.
omvänd piezoelektrisk effekt
den piezoelektriska effekten kan vändas, vilken kallas den inverse piezoelektriska effekten. Detta skapas genom att applicera elektrisk spänning för att göra en piezoelektrisk kristall krympa eller expandera (Fig. 2)., Den inversa piezoelektriska effekten omvandlar elektrisk energi till mekanisk energi.
2. Reversering av piezoelektrisk effekt, kallad den inverse piezoelektriska effekten, är när spänning appliceras för att krympa eller expandera en piezoelektrisk kristall.
användning av den inversa piezoelektriska effekten kan bidra till att utveckla enheter som genererar och producerar akustiska ljudvågor. Exempel på piezoelektriska akustiska enheter är högtalare (vanligen i handhållna enheter) eller Summer., Fördelen med att ha sådana högtalare är att de är mycket tunna, vilket gör dem användbara i en rad telefoner. Även medicinska ultraljud och ekolodgivare använder omvänd piezoelektrisk effekt. Icke-akustiska inversa piezoelektriska enheter inkluderar motorer och ställdon.
piezoelektriska material
piezoelektriska material är material som kan producera el på grund av mekanisk stress, såsom kompression. Dessa material kan också deformeras när spänning (El) appliceras.
alla piezoelektriska material är icke-ledande för att den piezoelektriska effekten ska uppstå och fungera., De kan separeras i två grupper: kristaller och keramik.4
några exempel på piezoelektriska material är PZT (även känd som blyzirkonattitanat), bariumtitanat och litiumniobat. Dessa konstgjorda material har en mer uttalad effekt (bättre material att använda) än kvarts och andra naturliga piezoelektriska material.
jämför PZT med kvarts. PZT kan producera mer spänning för samma mängd applicerad mekanisk stress. Omvänt ger applicering av spänning på PZT istället för kvarts mer rörelse., Kvarts, ett välkänt piezoelektriskt material, är också det första kända piezoelektriska materialet.
PZT skapas och produceras (under höga temperaturer) med två kemiska element—bly och zirkonium—och kombineras med en kemisk förening som kallas titanat. PZT kemiska formel är (PbO3). Det används ofta för att producera ultraljud givare, keramiska kondensatorer och andra sensorer och ställdon. Det övertygar också ett speciellt utbud av olika egenskaper. År 1952 tillverkades PZT av Tokyo Institute of Technology.,5
bariumtitanat är ett ferroelektriskt keramiskt material med piezoelektriska egenskaper.6 av den anledningen har bariumtitanat använts som ett piezoelektriskt material längre än de flesta andra. Dess kemiska formel är BaTiO3. Bariumtitanat upptäcktes 1941 under andra världskriget. 7
Litiumniobat är en förening som kombinerar syre, litium och niob. Dess kemiska formel är LiNbO3. 8 också ett ferroelektriskt keramiskt material det är precis som bariumtitanat eftersom det också har piezoelektriska egenskaper.,9
piezoelektriska enheter
ekolod
ekolod, som anlände på 1900-talet, uppfanns av Lewis Nixon. Han utvecklade ursprungligen sonar för att upptäcka isberg. Intresset för sonar steg under första världskriget, men för att hjälpa till att hitta ubåtar under vattnet. Naturligtvis har sonar många ändamål och använder idag, från att lokalisera fisk till undervattensnavigering och så vidare.
3. Med piezoelektrisk ekolod skickar en sändare med den inverse piezoelektriska effekten ut en ljudvåg för att söka efter föremål framåt.,
i Figur 3 skickar sonar ut, via sändare, en ljudvåg (signal) för att söka efter objekt framåt. Sändaren använder omvänd piezoelektrisk effekt, vilket är när sändaren kommer att använda spänning för att hjälpa den att skicka ut en ljudvåg. När ljudvågen träffar ett objekt kommer den att studsa tillbaka. Ljudvågen som studsar tillbaka kommer att detekteras av mottagaren.
mottagaren använder, till skillnad från sändaren, den direkta piezoelektriska effekten. Mottagaren piezoelektrisk enhet komprimeras av den återkommande ljudvågen., Det skickar signalen (spänning) till signalbehandlingselektroniken, som tar den studsade ljudvågen och börjar bearbeta den. Det bestämmer objektets avstånd genom att beräkna tidssignalerna från sändaren och mottagaren.
piezoelektriska ställdon
Figur 4 visar driften av ett piezoelektriskt ställdon. Basen förblir stilla och fungerar som metallplattan som smörgåsar det mellersta piezoelektriska materialet. Sedan appliceras spänning på materialet, vilket expanderar och kontraherar från den applicerade spänningens elektriska fält., Piezo-kristallen rör sig väldigt lite, framåt eller bakåt. När piezo-materialet eller kristallen rör sig, trycker den långsamt och drar ställdonet.
4. I ett piezoelektriskt ställdon appliceras spänning på piezoelektriskt material, vilket orsakar expansion och sammandragning.
piezoelektriska ställdonet har många användningsområden och tillämpningar. Till exempel använder stickmaskiner och blindskriftsmaskiner dessa ställdon, eftersom de har en så liten mängd rörliga delar och en mycket enkel design., De kan även hittas i videokameror och mobiltelefoner, eftersom de har visat sig vara mest skickliga som en autofokuseringsmekanism.10
piezoelektriska högtalare och Summer
piezoelektriska högtalare och Summer använder den inverse piezoelektriska effekten för att generera och producera ljud. När spänning appliceras på högtalare och Summer, skapar det ljudvågor (Fig. 2, igen). En ljudspänningssignal som appliceras på piezoelektrisk Keramik av högtalare eller Summer kommer att orsaka att materialet vibrerar luften. Den vibrationen producerar ljudvågor, som kommer ut ur högtalaren.,
piezoelektriska högtalare används ofta i väckarklockor eller andra små mekaniska enheter för att generera enkla ljud av hög kvalitet. Det beror på att de är begränsade till en liten mängd frekvenssvar.11
Piezo-drivrutiner
Piezo-drivrutiner kan omvandla låg batterispänning till högspänning till kraft piezoelektriska enheter. Piezo-drivrutiner är mycket viktiga, eftersom de hjälper ingenjörer att producera mer spänning för att skapa större sinusvågor.
5., En piezo driver konverterar låg batterispänning till högre spänning, som används för att driva en förstärkare som driver enheten. En oscillator matar in små sinusvågor som förstärkaren blir till större sinusvågor.
Figur 5 är ett blockdiagram som illustrerar piezo-förarens Drift. Piezo-drivrutiner tar låg batterispänning och använder en booster för att konvertera den till högre spänning. Den högre spänningen används sedan för att driva förstärkaren. Oscillatorn kommer att mata in små sinusvågor, som förstärkaren kommer att förändras till större spännings sinusvågor. Förstärkaren Driver 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