超聲波壓電陶瓷換能器的結(jié)構(gòu)構(gòu)造

2022-05-20 03:14:58

次

在現(xiàn)代換能器中，通常使用的壓電材料是壓電陶瓷。可以證明，壓電陶瓷換能器可以提供較高的機電轉(zhuǎn)換和效率，并且總的來說，對于高功率超聲換能器具有有利的特性。壓電陶瓷是構(gòu)成隨機定向的鐵電微晶團塊的材料，通常源自幾種氧化物的固態(tài)反應(yīng)，然后進行高溫燒成。

燒制后，陶瓷是各向同性的，并且是非壓電的，這是由于疇的隨機取向和結(jié)構(gòu)所致?？梢酝ㄟ^極化處理將陶瓷材料制成壓電材料，該極化處理包括在選定的方向上施加高電場，以將微晶的極軸切換到對稱性允許的那些方向，即接近電場強度。

去除極化場后，偶極子將無法輕易返回其原始位置，并且陶瓷現(xiàn)在將具有極化狀態(tài)，并且只要其幅度保持在遠低于所需強度的水平，它將對施加的電場或機械壓力做出線性響應(yīng)。切換極軸。因此對于這些材料，必須進行極化處理，盡管很明顯，不可能像單晶那樣在場上實現(xiàn)完美的偶極對準。

壓電陶瓷換能器

測得的極化值可以很好地指示出所測得的偏振態(tài)。現(xiàn)代功率超聲系統(tǒng)中使用的換能器，幾乎毫無例外地基于預(yù)應(yīng)力壓電設(shè)計。在這種結(jié)構(gòu)中，將多個壓電元件用螺栓固定在一對金屬端塊之間。壓電元件將是預(yù)極化的鈦酸鉛鋯酸鹽組合物，其表現(xiàn)出高活性以及低損耗和老化特性。它們非常適合構(gòu)成高效堅固傳感器的基礎(chǔ)。

如果考慮極化壓電棒的長度，并用一個交流電壓驅(qū)動它，使其頻率對應(yīng)于其共振長度，那么該尺寸將隨施加的電壓而變化。這樣的桿在20kHz的頻率下將具有大約70mm的長度。由于這些陶瓷的熱容量差且抗張強度低，因此其功率處理能力將較低。

為了克服這些固有的弱點，在兩個聲學(xué)損耗低的金屬端塊之間夾了許多薄元件。為此可以使用鈦或鋁。該組件的設(shè)計應(yīng)使其在所需的操作頻率下總長度為半個波。