Mitä tehdä, matkapuhelimet, diesel suuttimet, akustinen kitara, mikit, grilli sytyttimet, ultraääni-anturit, anturit, tietyt tulostimet, ja musikaali kortteja kaikki on yhteistä? Elektronisten laitteiden lisäksi kaikki nämä sovellukset hyödyntävät pietsosähköisyyttä jollain tavalla. Katsotaanpa, miten pietsosähköisyys toimii ja tarkastella joitakin sovelluksia pietsosähköisiä materiaaleja jokapäiväisessä elämässä.
miten pietsosähköinen materiaali vaikuttaa?,
Dating aina takaisin 1880 ja uraauurtavaa työtä veljekset Pierre ja Jacques Curie, pietsosähköinen vaikutus viittaa kykyyn tiettyjen materiaalien — kuten kvartsi, turmaliini, topaasi ja Rochellen suolaa — tuottaa sähkövaraus, kun siihen kohdistuu mekaanista rasitusta. Termi ”piezo” voi jopa jäljittää juurensa muinaiskreikkaan, jossa sen merkitykset liittyvät työntämisen, puristamisen ja puristamisen tekoihin.
mikään pietsosähköinen vaikutusselitys ei olisi täydellinen ilman lyhyttä keskustelua siitä, mitä Pietsosähköiset laitteet ovat myös., Tänään, kiitos tiedostojen kehitystä ihmisen piezo-aineiden — kuten pietsosähköiset keramiikka — sovellukset, pietsosähköisyys elektronisia laitteita kasvavat jännittävä vauhti.
Miten Pietsosähköinen Vaikutus Toimii Anturit ja Moottorit
aluksi, on luultavasti enemmän suosittu sovellus pietsosähköinen vaikutus kuin korkea jännite virtalähteen sähköinen savuke sytyttimet ja kaasugrillit., Näissä tapauksissa, vasara iskee pala piezo materiaalia, joka sitten tuottaa tarpeeksi virtaa synnyttää kipinän, joka sytyttää helposti syttyvä kaasu sen läsnäoloa. Kuitenkin muissa sovelluksissa, kuten anturit, vasara kuin exciter piezo materiaali on tyypillisesti korvataan muita energiamuotoja, kuten ääni, aallot — kuten ultraääni.
Kun he laittaa töihin anturit, piezo-aineita voidaan havaita jopa joitakin kaikkein minuutti häiriöitä ja poikkeamia, mikä tekee niistä ihanteellisia laitteita teollisuus-hajottava testaus ja lääketieteellisen kuvantamisen.,
muissa tapauksissa, pietsosähköiset moottorit voi tehdä erittäin tarkkoja ja toistettavia liikkeitä. Tämä kyky tekee niistä erinomaisia laitteita herkkien optisten laitteiden, kuten teleskooppien ja mikroskooppien tarkkuusliikkeisiin.
Pietsosähköinen Edut ja Haitat
Verrattuna muiden elektronisten komponenttien, pietsosähköiset laitteet on useita etuja sekä joitakin haittoja.,
Niiden etuja ovat seuraavat seikat:
- Ei ulkoista virtalähdettä tarvitaan: Kiitos niiden kyky tuottaa jännitteen, kun siihen kohdistu voimaa, pietsosähköiset materiaalit eivät vaadi ulkoista virtalähdettä.
- helppo asennus: pienillä mitoilla ne sopivat hyvin ja asennetaan helposti tiheisiin elektronisiin laitteisiin.
- vastata korkea-taajuudet: Verrattuna muihin laitteisiin, piezo-aineita on huomattavasti korkeampi taajuus vastaus — mikä tekee niistä ihanan herkkä jopa kaikkein vaativimpiin tilanteisiin.,
- Erittäin joustavat materiaalit: Useimmat piezo-aineita voidaan rakentaa erilaisia muotoja ja kokoja, joten ne ovat erittäin hyödyllisiä eri sovelluksia ja kentät.
Piezo-aineita myös näyttää seuraavat rajoitukset tai haitat:
- Pieni määrä sähkövaraus: Vaikka he itse tuottavat, piezo-aineita tuottavat melko pieni sähkövaraus, joka tarkoittaa sitä, korkea impedanssi kaapeli tarvitaan liittää heidät sähköinen käyttöliittymä.,
- ympäristöolosuhteet vaikuttavat suorituskykyyn: lämpötila ja kosteuden muutokset vaikuttavat Pietsomateriaaleihin. Lisäksi staattisessa tilassa ne eivät pysty mittaamaan ulostuloa.
- tuotos on suhteellisen pieni: vaikka jotkut pietsomateriaalit tuottavat enemmän ulostuloa kuin toiset, ne ovat kaikki suhteellisen pieniä. Niiden käytön optimoimiseksi tarvitaan usein ulkoinen piiri.
Pietsosähköiset Anturit teollisissa sovelluksissa
teollisuusala käyttää usein pietsosähköisiä sensoreita erilaisiin käyttötarkoituksiin., Joitakin yleisiä, arkisia käyttökohteita ovat:
Moottorin Nakutusanturit — moottorinvalmistajilla on jatkuvasti haasteita, jotka liittyvät moottorin parametrien hallintaan. Väärissä olosuhteissa bensiinimoottorit ovat alttiita ei-toivotulle ilmiölle, jota kutsutaan räjäytykseksi. Räjähdyksen tapahtuessa ilma / polttoainelataus räjähtää sen sijaan, että se palaisi sujuvasti ja vahingoittaisi siten moottoria. Historiallisesti tämän vuoksi useimmat valmistajat suunnittelivat moottoreita, joiden toimintamarginaalit ovat konservatiiviset tehokkuuden kustannuksella — tarkoituksena oli välttää tämä pahamaineinen ongelma.,
parempien ohjausjärjestelmien kehittämisen myötä asiaankuuluvat moottorin parametrit voidaan säätää reaaliajassa tehokkuuden ja tehon maksimoimiseksi. Jos räjähdys alkaa tapahtua, pietsosähköinen knock anturit voidaan käyttää aistimaan räjähdyksen ennen kuin se tulee ongelmalliseksi. Tämä antaa ohjausjärjestelmille aikaa tehdä tarvittavat säädöt.
Paine Anturit — lähes minkä tahansa sovelluksen, jotka edellyttävät mittaus dynaaminen paine muuttuu, käyttäen pietsosähköiset paineanturit saadaan luotettavampia tuloksia kuin perinteisillä sähkömekaaniset paine-anturit., Tämä johtuu siitä, pietsosähköiset laitteet on korkea taajuus vastaus ja signaali muuntaminen ilman mitään palkeet, pallean, tai minkä tahansa mekaaninen sidos yhdessä venymäanturin tai siirtymä-anturi.
Sonar-Laitteita — syvyysluotaimia, joiden toiminta-ja sonar-laitteita luottaa laajasti pietsosähköiset anturit lähettää ja vastaanottaa ultraääni ”ping” 50-200kHz välillä. Lisäksi ottaa ihanteellinen taajuusvaste tällaisia sovelluksia, pietsosähköiset anturit ovat korkea tehotiheys, jonka avulla suuria määriä akustinen teho lähetetään pieni paketti., Esimerkiksi halkaisijaltaan vain 4″ (100 mm) anturin teho voi olla yli 500 wattia.
Käyttää Pietsosähköiset Toimilaitteet Teollisissa Sovelluksissa
Kun pietsosähköiset anturit ovat erittäin arvokkaita teollisuuden, teollisuus käyttää myös pietsosähköiset toimilaitteet erilaisia sovelluksia:
Diesel Suuttimet — viime vuosikymmenen aikana, asetusten dieselmoottoreiden päästöjä on tullut yhä tiukempia. Lisäksi asiakkaat vaativat edelleen hiljaisempia moottoreita, joiden teho-ja vääntömomenttikäyrät ovat parantuneet., Voidakseen täyttää nämä tiukat vaatimukset, vaatimustenmukaisuus ja suorituskyky, moottorin valmistajat ovat turvautuneet tarkasti ajoitettu ja annosteltu injektiot aikana polttoaineen palaminen.
– Niin uskomattomalta kuin tämä saattaa kuulostaa, yksi polttoaine suutin voi vaihtaa polttoaineen virtaus paineet yli 26,000 psi (1800 bar) päälle ja pois useita kertoja peräkkäin aikana yhden työtahdin. Tällainen tarkka ohjaus korkean paineen nestettä on mahdollista käyttämällä pietsosähköisiä toimilaitteita valvoa pieni venttiilit sisällä polttoainesuuttimet.,
Nopea Vastaus Solenoidit — Jotkut prosessit vaativat nopea ja tarkka mekaaninen vaikuttaminen on vaikeaa, ellei mahdotonta, saavuttaa sähkömagneettinen solenoidit. Vaikka nopeus ei välttämättä aina huoleta, virrankulutus tai koon tiiviys on ykkösprioriteetti. Tällaisissa tapauksissa pietsosähköiset toimilaitteet pystyvät usein täyttämään markkinaraon, koska ne tarjoavat nopean vasteen ja pienen virrankulutuksen pienissä pakkauksissa verrattuna sähkömagneettisiin solenoideihin.,
Optinen Säätö — Jotkut optiikka täytyy säätää tai mukauttaa laaja taajuusvaste ja vähintään useita liikkuvia osia. Pietsosähköiset toimilaitteet ovat usein palveluksessa sellaisissa sovelluksissa, joissa ne tarjoavat nopean ja tarkan kontrollin pitkä käyttöikä:
– kulma peili tai hila voi olla tarvetta juuri vaihdellut sen mukaan, sähkö tulo. Tällaisia sovelluksia esiintyy usein optisissa tai fysiikan kokeissa.,
– Maa-pohjainen kaukoputki paneelit ovat alttiita ilmakehän vääristymiä, ja avaruusalus optiikka kohdistuu liikettä ja tärinää. Tällöin optiikkaa voidaan joutua säätämään (muotoiltavaksi tai muotoiltavaksi) reaaliaikaisesti ohjausjärjestelmän avulla. Tämä kompensoi poikkeamia, jotka muuten haittaisivat kuvan erottelukykyä.
– jotkut valokuitumuuntimet luottavat pietsosähköisiin toimilaitteisiin laserin ulostulon moduloimiseksi.
Ultraäänipuhdistus-pietsosähköisiä toimilaitteita käytetään myös ultraäänipuhdistukseen., Suorittaa ultraääni puhdistus, esineet upotetaan liuottimeen (vesi, alkoholi, asetoni jne.). Pietsosähköinen anturi agitoi liuottimen. Monet kohteet, joiden pinnat ovat vaikeasti saavutettavissa, voidaan puhdistaa tällä menetelmällä.
ultraäänihitsaus — monet muovit voidaan yhdistää ultraäänihitsausmenetelmällä. Tämäntyyppinen prosessi vaatii ultraääniaaltojen siirtämistä keskittyneelle alueelle, jossa ne voivat aiheuttaa muovin palasia sulautua yhteen. Usein pietsosähköisiä toimilaitteita käytetään tämän tehtävän suorittamiseen.,
Pietsosähköiset moottorit — yksi etu pietsosähköisten materiaalien käytössä on, että niiden ominaisuudet ovat tarkkoja ja ennustettavia. Näin ollen pietsosähköisen toimilaitteen laajentamista ja supistumista voidaan ohjata tarkasti niin kauan kuin syöttöjännitettä ohjataan. Jotkut moottorimallit hyödyntävät tätä tosiasiaa käyttämällä pietsosähköisiä elementtejä roottorin tai lineaarisen alkuaineen siirtämiseen tarkoin askelin. Tarkkuus nanometrien järjestyksessä voidaan saavuttaa joillakin piezo-moottoreilla. Pietsomoottorit toimivat monenlaisilla taajuuksilla, mutta toimivat tyypillisesti parhaiten matalataajuisella alueella.,
lisäksi niiden luontainen tarkkuus, pietsosähköiset moottorit voidaan käyttää ympäristöissä, joissa on voimakkaita magneettikenttiä tai kryogeenisen lämpötiloissa — ympäristöissä, joissa perinteiset moottorit eivät todennäköisesti toimi. Nämä ainutlaatuiset haasteet ovat läsnä NMRI-koneissa, hiukkaskiihdyttimissä ja muissa vastaavissa ympäristöissä.
Pino toimilaitteet-Useita pietsosähköisiä elementtejä voidaan pinota moninkertaistaa Siirtymä saavutetaan tietyn jännitteen. Tämäntyyppiset laitteet tunnetaan pino toimilaitteet, ja niitä käytetään erilaisissa Erikoissovelluksissa., Verrattuna perinteisiin sähkömagneettiset toimilaitteet, pino toimilaitteet on seuraavat ainutlaatuisia etuja:
– Ne voivat toimia kryogeenisessä lämpötilassa tai ympäristöissä, joissa on voimakkaita magneettikenttiä.
– Ne voivat tuottaa paljon voimaa pienessä paketissa
– He voivat vastata lähes välittömästi syöttää korkea kiihtyvyys.
– ne voivat saavuttaa erittäin korkean tarkkuuden.
– ne kuluttavat virtaa vain silloin, kun työtä todella tehdään.,
Nämä toimilaitteet löytää niiden käyttötarkoituksia annostelu-venttiilit, sähkö-releet, optical modulation, tärinää vaimentava, ja muita sovelluksia, jotka edellyttävät nopeasti tai tarkka valvonta liikkumista.
Stripe Actuators — kaksi liuskaa pietsosähköistä materiaalia voidaan sandwiched yhdessä kokoonpano, joka on samanlainen kuin bimetallic nauhat. Tässä kokoonpanossa sähköinen tulo saa yhden nauhan laajenemaan, kun toinen nauha samanaikaisesti supistuu aiheuttaen taipuman.,
Pietsosähköiset releet — Pietsosähköiset elementit voidaan toteuttaa sähkömekaanisten releiden tai kytkimien aktivoimiseksi. Näissä sovelluksissa voidaan avata ja sulkea sähkökontakteja joko raita-toimilaitteilla tai pino-toimilaitteilla. Tällaiset laitteet ovat huoltovapaita ja kestävät monia syklejä ilman havaittavaa kulumista. Lisäetuna käyttäen pietsosähköiset toimilaitteet toimivat sähköiset kontaktit mahdollistaa nopean ja tarkan ohjauksen pieniä paketteja, jotka ovat joko vaikeaa tai mahdotonta saavuttaa, joissa sähkömagneettiset releet.,
Käyttää Pietsosähköisiä Antureita, Lääketieteellisiin Sovelluksiin,
katso, miten lääketieteen alalla myös toteuttaa pietsosähköiset anturit erilaisia day-to-day sovelluksia:
Ultraääni Kuvantaminen — Pietsosähköiset anturit ovat usein käytetään lääketieteen ultraääni laitteet. Laitteiden kehittyminen vuosikymmenten aikana on mahdollistanut raskauksien seurannan parantamisen ja helpottanut minimaalisesti invasiivisia kirurgisia toimenpiteitä.,
Ultraääni Menettelyt — Jotkut ei-invasiivisia lääketieteellisiä toimenpiteitä luottaa käyttämällä keskityttiin ultraääni aallot hajottaa munuaiskiviä tai tuhota pahanlaatuinen kudos. Lisäksi kynnyksellä harmonic scalpel on käytössä kirurgit samanaikaisesti viiltää ja hyytyä kudosta aikana kirurginen toimenpide, ilman tarvetta cauterization. Tämä johtaa vähemmän kudosvaurioita, vähemmän verenhukkaa, ja nopeampaa paranemista kertaa.
Pietsosähköiset toimilaitteet kulutuselektroniikassa
entä kulutuselektroniikka ja-teknologia, joita myydään kaupoissa eri puolilla maata?, Tuntematon monille kuluttajille, pietsosähköiset toimilaitteet käytetään elektroniikan kaikkialla:
Pietsosähköinen Tulostimet — Yleisesti ottaen on olemassa kaksi päätyyppiä tulostimet, jotka käyttävät pietsosähköiset toimilaitteet:
– dot-matrix printer — In pietsosähköinen dot matrix printer, pietsosähköiset toimilaitteet tulostimen pään siirrä neula-kuten nastat, että ”säkissä” läpi nauhat, muste nauha (samanlainen typewriter) vastaan paperin eri kuvioita muodossa merkkejä. Useimmissa sovelluksissa pistematriisitulostimien käyttö on korvattu muilla tekniikoilla., Pistematriisitulostin on kuitenkin ainoa tulostinteknologia, joka pystyy tuottamaan kaksoiskappaleita ja kolmijakoisia hiilikopiotulosteita.
– inkjet printer — In pietsosähköinen inkjet printer, pietsosähköiset toimilaitteet tulostimen pään toimivat pienet kalvot tai muuten muuttaa geometria mustesäiliötä niin, että muste pisaroita, pakotetaan suuttimen paperille. Tämä on yksi määräävässä asemassa olevista tekniikoista tulostinmarkkinoilla tähän mennessä.,
Pietsosähköiset Kaiuttimet — Pietsosähköiset kaiuttimet ovat esillä lähes jokainen sovellus, joka on tehokkaasti tuottaa ääntä pienestä sähköisen gadget. Tämäntyyppiset kaiuttimet ovat yleensä edullisia ja vaativat vähän valtaa tuottaa suhteellisen suuria äänimääriä., Näin, pietsosähköiset kaiuttimet ovat usein löytyy laitteita, kuten seuraavat:
– matkapuhelimet
– nappikuulokkeet
– Ääntä tuottavat lelut,
– Musikaali kortteja
– Musikaali ilmapallot
Pietsosähköisten Summerit — Pietsosähköisten summerit ovat samanlaisia pietsosähköiset kaiuttimet, mutta ne ovat yleensä suunniteltu pienempi uskollisuus tuottaa kovempaa ääntä yli kapeampi taajuusalue., Summerit käytetään näennäisesti loputon joukko elektroniset laitteet, mukaan lukien:
Pietsosähköinen Ilmankostuttimet — Monet viileä sumu ilmankostuttimet käyttää pietsosähköinen anturi lähettää ultraääni energia-altaaseen vettä. Ultraääni tärinää aiheuttaa fine vesipisarat irrottautua ja sumuttamiseksi pinnasta uima-allas, jossa tulee mukana kulkeutunut ilma stream ja kirjoita haluamasi tila.
elektroniset hammasharjat — lineaariset pietsosähköiset toimilaitteet toteutetaan värisyttämään joidenkin elektronisten hammasharjojen harjaksia.,
Pietsosähköiset Materiaalit Musiikkisovelluksiin
teknologisten ja teollisten sovellusten lisäksi pietsosähköisyys hyödyttää myös taiteita. On olemassa erilaisia musiikillisia sovelluksia, jotka käyttävät pietsosähköisyys:
Instrumentti Mikit — Monet akustinen-sähköinen kielisoittimet käyttää pietsosähköinen mikit muuntaa akustisen tärinää sähköiset signaalit. Tyypillisesti pietsosähköisen materiaalin kaistale asetetaan soitinkorin ja merkkijonoja tukevan rakenteen väliin., Esimerkiksi akustisella sähkökitaralla on yleensä pietsosähköinen nauhansa sillan alla ja satulan sisällä. Kun kielet värähtelevät, liuska kiihtyy tuottamaan sähkösignaalin. Sähkö-mikit viulut, alttoviulut ja sellot käyttää samaa käsitettä, mutta pietsosähköiset pickup voi olla kiinnitetty sillan tai integroitu silta — sen sijaan, että välissä silta ja väline kehon.,
Mikrofonit — Jotkut mikrofonit (kuten yhteystiedot mikrofonit lyömäsoittimet) käyttää pietsosähköisiä materiaaleja muuntaa äänen värähtelyt sähköinen tuotos. Näillä mikrofoneilla on yleensä suuri Lähtöimpedanssi, joka on sovitettava suunniteltaessa niiden esivahvistimia.
Käyttämällä Pietsosähköisyys Muissa Sovelluksissa
sinulla on sovellus, joka ei ollut luettelossa? Mietitkö, jos voit käyttää piezoelectricity?, Seuraavat käyttötarkoitukset pietsosähköisyys edustaa muita vaihtoehtoja teollisuus:
Pietsosähköiset Sytyttimet — Tämä on ehkä kaikkein hyvin-tiedossa ja arjen käyttää pietsosähköisyys. Vuonna piezosytytin, a-painiketta tai laukaisinta käytetään kukko ja vapauta jousikuormitteinen vasara ja vasara käytetään lakko sauvan muotoinen pietsosähköinen keraaminen. Äkillinen mekaaninen shokki pietsosähköinen keraaminen tuottaa nopea nousu jännite, joka on riittävän korkea, jotta hypätä suuri kärkiväli ja sytyttää polttoaineen., Pietsosähköiset sytyttimet käytetään yleisesti butaani sytyttimet, kaasu grillit, kaasu-uunit, blowtorches, ja improvisoitua peruna tykkejä.
sähköntuotanto — Jotkut sovellukset vaativat korjuu energian paineen muutoksia, tärinää, tai mekaanisia impulsseja. Korjuu energian on mahdollista käyttämällä pietsosähköisiä materiaaleja muuntaa taipumat tai siirtymien sähköenergiaksi, joka voi joko käyttää tai varastoida myöhempää käyttöä varten.,
Mikroelektroniset Mechanical Systems (MEMS) — MEMS-laitteiden on yleistynyt, koska yhä integroitu valmiuksia tarvitaan pienempiä paketteja, kuten matkapuhelimet, tablet-tietokoneet, jne. MEMS-laitteiden etuna on, että gyroskoopit, kiihtyvyysmittarit ja inertiamittauslaitteet voidaan integroida sirunkokoisiin pakkauksiin. Tällaisen uroteon saavuttamiseksi käytetään usein pietsosähköisiä toimilaitteita ja antureita.,
Tennis Racquets — hieman epätavallinen sovellus pietsosähköisyys integroi pietsosähköiset kuidut tennismailan kurkkuun yhdessä mikrokontrollerin kanssa kahvassa. Kun tennis pelaaja iskee palloa, maila runko taipuu ja tuottaa sähköinen tuotos, joka on lisännyt, päinvastainen, ja syötetään takaisin kuituihin. Tämä on yritys aiheuttaa tuhoisia häiriöitä ja vaimentaa rakenteellista tärinää.,
Käyttämällä Pietsosähköisyys Puolustus Sovelluksia
Jos olet osa puolustusteollisuuden, voit käyttää pietsosähköisyys erilaisia sovelluksia:
Micro Robotiikka — alalla pieni robotiikka, pieni teho-tehokas mekaanisia toimilaitteita ja antureita tarvitaan. Pietsosähköisten toimilaitteiden avulla on teknisesti mahdollista rakentaa jotain niin pientä kuin robottikärpänen, joka pystyy ryömimään ja lentämään. Itse asiassa, uusi kenttä robotti teknologia tunnetaan Mikro Ilman Ajoneuvoja tavoitteena on rakentaa pieniä drones koko hyönteisiä tai lintuja, jotka lentävät käyttäen räpyttely siivet., Ne säätelevät pintoja aivan kuten linnut ja hyönteiset. Tämäntyyppiset uroteot pienennyksessä ovat mahdollisia osittain pietsosähköisten toimilaitteiden avulla.
kurssia muuttavat luodit-hiljattain DARPA keksi A: n .50-kaliiperinen luoti, joka voi muuttaa kurssia kesken lennon. Yhtä absurdi kuin tämä innovaatio voi kuulostaa joillekin lukijoille, luoti käyttää optinen anturi, joka on asennettu sen nenä yhdessä ohjausjärjestelmä ja liikkuva hännän evät ohjata itseään kohti laser-valaistu kohde., Vaikka DARPA ei ole paljastanut niiden Äärimmäinen Tarkkuus, jonka Tehtävänä Ordinance (ITSE) luoti, todennäköisesti tarkoittaa manipuloida hännän evät luultavasti liittyy pietsosähköiset toimilaitteet.