江西定制傳感器廠家
發(fā)布時(shí)間：2023-11-04 01:19:47
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由于超聲技術(shù)的非接觸性等優(yōu)點(diǎn)，嘗試把壓電陶瓷超聲換能器應(yīng)用在液體濃度檢測系統(tǒng)當(dāng)中。系統(tǒng)中的芯片采用的是Spartan 3E系列FPGA。在其中擔(dān)當(dāng)著發(fā)射信號和接收信號的重要功能。把換能器產(chǎn)生的一定頻率和幅值的超聲信號通過發(fā)射電路打入液體內(nèi)部，經(jīng)過液體對信號的衰減，從接收換能器端可以接收到帶有液體濃度信息的信號。再通過聲衰減法的分析，有效得出液體的近似濃度。系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括主程序，超聲測量程序，脈沖控制程序，脈沖收發(fā)程序，ADC采集控制程序以及時(shí)鐘和報(bào)警程序。
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聲波幅度測井的依據(jù)是聲脈沖頻，它常用在固井檢測以及檢查套管膠結(jié)的情況。進(jìn)行聲波的信號幅度檢測，我們一般將聲脈沖頻調(diào)整到20Hz。聲波幅度的體現(xiàn)，往往以聲波能量為依據(jù)，當(dāng)聲波在巖層中傳播時(shí)，能量會隨著傳播的延續(xù)以及聲波必須經(jīng)受的內(nèi)摩擦而不斷遞減。的用途決定了我們在進(jìn)行檢測時(shí)一般是在套管中進(jìn)行，聲波必須通過套管來進(jìn)行傳播，而套管的材質(zhì)、套管的厚度以及套管外的介質(zhì)包括水或者泥漿等，都會影響聲波的傳播，所以采用此種方法檢測，必須重視套管的聲波傳播特性。因?yàn)椴ǖ哪芰颗c振幅的平方成正比，聲波幅度測井就是要觀測與聲波能量傳遞巖層時(shí)聲能損失的程度。
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壓電陶瓷是一種具有壓電效應(yīng)的多晶體。因生產(chǎn)工藝和陶瓷相近而得名。壓電陶瓷基本都是鐵電體：當(dāng)溫度低于居里溫度Tc時(shí)，晶體中晶胞的離子發(fā)生位移，造成正負(fù)電荷中心不重合，進(jìn)而產(chǎn)生固有電偶極矩；相鄰晶胞產(chǎn)生同樣的連鎖反應(yīng)，擴(kuò)展成為鐵電體的基本單元——電疇。壓電陶瓷的壓電效應(yīng)機(jī)理與石英晶體大不相同，未經(jīng)極化處理的壓電陶瓷材料是不會產(chǎn)生壓電效應(yīng)的。經(jīng)極化處理后，剩余極化強(qiáng)度會使與極化方向垂直的兩端出現(xiàn)束縛電荷（一端為正，另一端為負(fù)），由于這些束縛電荷的作用在陶瓷的兩個(gè)表面吸附一層來自外界的自由電荷，并使整個(gè)壓電陶瓷片呈電中性。
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水聲換能器的容性負(fù)載，會產(chǎn)生很大的無功功率，因此需要設(shè)計(jì)匹配電路，匹配包括調(diào)諧和阻抗匹配。是利用晶體（石英或酒石酸鉀鈉）壓電陶瓷（鈦酸鋇和鋯鈦酸鉛等）的壓電效應(yīng)或鐵鎳合金的磁致伸縮效應(yīng)來進(jìn)行工作的。所謂壓電效應(yīng)，就是把晶體按一定方向切成薄片，并在晶體薄片上施加壓力，在它的兩端面上會分別產(chǎn)生正電荷和負(fù)電荷。反之在晶體薄片上施加拉伸力時(shí)，的兩個(gè)端面上就會產(chǎn)生與加壓力時(shí)相反的電荷。聲納發(fā)射超聲波時(shí)就把超聲波振蕩電壓加在晶體薄片的兩個(gè)端面上。于是晶體的厚度就會隨著超聲波振蕩電壓而變化，產(chǎn)生超聲波震動。晶體震動推動周圍的水就產(chǎn)生的超聲波的輻射。
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壓電陶瓷換能器通過發(fā)射出的超聲波，會產(chǎn)生上下振動。超聲波上下發(fā)射出去的，就叫做縱波。超聲波發(fā)射面在上下振動的時(shí)候，超聲波左右發(fā)射出去時(shí)，就叫做橫波。的工作原理，壓電陶瓷換能器主要由壓電陶瓷，振子，匹配層等結(jié)構(gòu)組成。由材料的壓電效應(yīng)將電信號轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動，超聲波換能器是一種能量轉(zhuǎn)換器件，的功能是將輸入的電功率轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率（即超聲波）再傳遞出去，自身消耗很少的一部分功率。另外由于單個(gè)換能器承受功率有限，通常采用多個(gè)換能器組合而成，來達(dá)到功率要求，稱之為換能器功率合成。
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1、自發(fā)極化。120℃以下，BaTiO3晶體結(jié)構(gòu)稍有畸變，為四方結(jié)構(gòu)，Ba2+和Ti4+相對于O2-產(chǎn)生了一個(gè)位移，結(jié)果導(dǎo)致正負(fù)電荷中心不重合，產(chǎn)生了極化。鐵電晶體中存在著自發(fā)極化方向不同的小區(qū)域，那些自發(fā)極化方向相同的區(qū)域稱為電疇。對于自發(fā)極化而言，從宏觀統(tǒng)計(jì)來看，晶體中存在著各個(gè)方向的自發(fā)極化，它們相互抵消，宏觀上對外不呈現(xiàn)極性。2、人工極化就是在上加一足夠高的直流電場，并保持一定的溫度和時(shí)間，迫使其電疇轉(zhuǎn)向，或者說迫使其自發(fā)極化作定向排列。陶瓷中電疇在極化處理前后的變化情況。3、鐵電陶瓷，某些材料在一定溫度范圍內(nèi)具有自發(fā)極化。而且其自發(fā)極化可以因外電場的作用而轉(zhuǎn)向，材料的這種特性稱為鐵電性。具有這種特性的陶瓷材料稱為鐵電陶瓷。