Mit mobiltelefonok, dízel üzemanyag befecskendezők, akusztikus gitár pickupok, grill igniters, működő ultrahangos szinttávadóval, rezgés érzékelők, bizonyos nyomtatók, zenei üdvözlőlapok minden közös? Amellett, hogy elektronikus eszközök, ezek az alkalmazások valamilyen módon használják a piezoelektromos energiát. Vizsgáljuk meg, hogyan működik a piezoelektromos energia, és nézzük meg a piezoelektromos anyagok egyes alkalmazásait a mindennapi életben.
hogyan működik a piezoelektromos anyag?,
Ismerkedés egészen 1880-ig és Pierre és Jacques Curie testvérek úttörő munkája, a piezoelektromos hatás arra utal, hogy bizonyos anyagok — például kvarc, turmalin, topáz és Rochelle só — képesek elektromos töltést előállítani mechanikai igénybevételnek kitéve. A “piezo” kifejezés még gyökereit az ókori görögre is visszavezetheti, ahol jelentése a tolóerő, a szorítás és a préselés cselekedeteire vonatkozik.
nem piezoelektromos hatás magyarázat lenne teljes anélkül, hogy egy rövid vita, hogy mi piezoelektromos eszközök is., Ma az ember által készített piezo anyagok — köztük a piezoelektromos kerámia — további fejlesztésének köszönhetően a piezoelektromos alkalmazások az elektronikus eszközökben izgalmas ütemben növekednek.
hogyan működik a piezoelektromos hatás érzékelőkkel és motorokkal
kezdjük azzal, hogy a piezoelektromos hatás valószínűleg nem népszerűbb, mint az elektromos cigarettagyújtók és gázrácsok nagyfeszültségű áramforrása., Ezekben az esetekben egy kalapács megüti a piezo anyag egy darabját, amely elegendő áramot termel ahhoz, hogy szikrát hozzon létre, amely meggyújtja a gyúlékony gázt a jelenlétében. Más alkalmazásokban, például az érzékelőkben azonban a kalapácsot, mint a piezo anyag gerjesztőjét általában más energiaformák, például hanghullámok váltják fel — beleértve az ultrahangot is.
amikor szenzorokban dolgoznak, a piezo anyagok még a legkisebb zavarokat és anomáliákat is képesek érzékelni, ami ideális eszköz az ipari roncsolásmentes tesztelésben és az orvosi képalkotásban.,
más esetekben a piezoelektromos motorok rendkívül precíz és megismételhető mozgásokat képesek végrehajtani. Ez a képesség teszi őket kiváló eszközök precíziós mozgását érzékeny optikai eszközök, mint a teleszkópok, mikroszkópok.
piezoelektromos előnyök és hátrányok
más elektronikus alkatrészekhez képest a piezoelektromos eszközöknek számos előnye van, valamint néhány hátránya.,
előnyeik a következő szempontokat tartalmazzák:
- nincs szükség külső áramforrásra: mivel erő hatására képesek feszültséget előállítani, a piezo anyagok nem igényelnek külső áramforrást.
- egyszerű telepítés: kis méretekkel kiválóan illeszkednek és könnyen telepíthetők nagy sűrűségű elektronikus eszközökbe.
- reagálás a magas frekvenciákra: más eszközökhöz képest a piezo anyagok lényegesen magasabb frekvenciaválaszokkal rendelkeznek-ami csodálatosan reagál a legigényesebb helyzetekben is.,
- rendkívül rugalmas anyagok: a legtöbb piezo anyag sokféle formában és méretben elkészíthető, így rendkívül hasznosak különböző alkalmazásokban és területeken.
Piezo anyagok is kijelzőn a következő korlátozásokat vagy hátrányok:
- Kis mennyiségű elektromos töltés: Bár ők öngerjesztő, piezo anyagokat termel elég kicsi az elektromos töltés, ami azt jelenti, hogy egy magas impedancia kábel szükséges, csatlakoztassa őket az elektromos interfész.,
- a környezeti feltételek befolyásolják a teljesítményt: a Piezo anyagokat a hőmérséklet és a páratartalom változása befolyásolja. Ráadásul statikus állapotban nem tudják mérni a kimenetet.
- A kimenet viszonylag alacsony: míg egyes piezo anyagok több kimenetet termelnek, mint mások, mind viszonylag alacsonyak. Használatuk optimalizálásához gyakran külső áramkörre van szükség.
piezoelektromos érzékelők ipari alkalmazásokban
az ipari szektor gyakran alkalmaz piezoelektromos érzékelőket különféle célokra., Néhány gyakori, mindennapi felhasználás a következő:
Motor Kopogásérzékelők — a motorgyártók folyamatosan szembesülnek a motorparaméterek szabályozásával kapcsolatos kihívásokkal. Rossz körülmények között a benzinmotorok érzékenyek egy nemkívánatos jelenségre, amelyet detonációnak neveznek. Robbanás esetén a levegő/üzemanyag töltés felrobban, ahelyett, hogy simán égne, ezáltal károsítva a motort. Történelmileg ez az oka annak, hogy a legtöbb gyártó konzervatív működési margókkal rendelkező motorokat tervezett a hatékonyság rovására — ez volt a hírhedt probléma elkerülése.,
A jobb vezérlőrendszerek kifejlesztésével a megfelelő motorparaméterek valós időben beállíthatók a hatékonyság és a teljesítmény maximalizálása érdekében. Ha a detonáció megkezdődik, piezoelektromos kopogásérzékelők alkalmazhatók a detonáció érzékelésére, mielőtt problémássá válna. Ez időt biztosít a vezérlőrendszerek számára a szükséges beállítások elvégzéséhez.
nyomásérzékelők – szinte minden olyan alkalmazásban, amely dinamikus nyomásváltozások mérését igényli, a piezoelektromos nyomásérzékelők használata megbízhatóbb eredményeket eredményez, mint a hagyományos elektromechanikus nyomásérzékelők használata., Ez azért van, mert piezoelektromos eszközök magas frekvencia jel átalakítás anélkül, hogy bármilyen bellows -, rekeszizom, vagy bármilyen mechanikus rudazat együtt egy törzs gage, vagy elmozdulás érzékelő.
szonár berendezések-mélység sounders és szonár berendezések nagymértékben támaszkodnak piezoelektromos érzékelők továbbítására és fogadására ultrahangos “pingek” a 50-200kHz tartományban. Amellett, hogy ideális frekvenciaválasz van az ilyen alkalmazásokhoz, a piezoelektromos jelátalakítók nagy teljesítménysűrűséggel rendelkeznek, amely lehetővé teszi nagy mennyiségű akusztikus teljesítmény továbbítását egy kis csomagból., Például egy mindössze 4″ (100 mm) átmérőjű jelátalakító képes lehet 500 wattnál nagyobb teljesítmény kezelésére.
Használja a Piezoelektromos Hajtóművek Ipari Alkalmazások
Míg piezoelektromos érzékelők rendkívül értékes, hogy az ipari szektor, az ipar is felhasználja a piezoelektromos hajtóművek a különböző alkalmazások:
a Dízel Üzemanyag Befecskendezők — az elmúlt évtizedben, rendeletek kibocsátásának dízelmotorok váltak egyre szigorúbb. Emellett az ügyfelek továbbra is igénylik a csendesebb motorokat, jobb teljesítmény-és nyomatékgörbékkel., Annak érdekében, hogy megfeleljenek ezeknek a szigorú követelményeknek a megfelelés és a teljesítmény tekintetében, a motorgyártók az égési folyamat során pontosan időzített és mért üzemanyag-befecskendezéseket alkalmaztak.
bármilyen hihetetlennek is hangzik, Egyetlen üzemanyag-befecskendező többször is bekapcsolhatja a 26 000 psi-t (1800 bar) meghaladó nyomású üzemanyag-áramlást gyors egymásutánban, egyetlen áramütés során. A nagynyomású folyadék ilyen pontos vezérlését az üzemanyag-befecskendezőkön belüli kis szelepeket vezérlő piezoelektromos működtetők segítségével lehet lehetővé tenni.,
Fast Response Solenoids-egyes folyamatok gyors és pontos mechanikai működést igényelnek, amelyet elektromágneses szolenoidokkal nehéz, ha nem lehetetlen elérni. Bár a sebesség nem mindig aggodalomra ad okot, az energiafogyasztás vagy a méret tömörsége kiemelt fontosságú. Ilyen esetekben a piezoelektromos működtetők gyakran képesek betölteni a rést, mivel gyors választ és alacsony energiafogyasztást biztosítanak kis csomagokban, az elektromágneses szolenoidokhoz képest.,
optikai beállítás – néhány optikát széles frekvenciaválasz mellett, minimális számú mozgó alkatrész mellett kell beállítani vagy modulálni. A piezoelektromos működtetőket gyakran alkalmazzák olyan alkalmazásokban, ahol gyors és pontos ellenőrzést biztosítanak a hosszú élettartam felett:
– a tükör vagy a diffrakciós rács szögét pontosan meg kell változtatni egy elektromos bemenet szerint. Az ilyen alkalmazások gyakran találkoznak optikai vagy fizikai kísérletekben.,
– A föld-alapú teleszkóp tömbök légköri torzításnak vannak kitéve, és az űrhajóoptika mozgás és rezgés hatásának van kitéve. Ilyen esetekben előfordulhat, hogy az optikát valós időben kell beállítani (formázva vagy kontúrozva) egy vezérlőrendszer segítségével. Ez kompenzálja az aberrációkat, amelyek egyébként akadályoznák a kép felbontását.
– néhány száloptikai átalakító piezoelektromos működtetőkre támaszkodik a lézer kimenetének modulálására.
ultrahangos tisztítás-a piezoelektromos működtetőket ultrahangos tisztítási alkalmazásokhoz is használják., Az ultrahangos tisztítás elvégzéséhez az objektumokat oldószerbe (víz, alkohol, aceton stb.)). Ezután egy piezoelektromos jelátalakító agitálja az oldószert. Sok elérhetetlen felületű tárgy tisztítható ezzel a módszerrel.
Ultrahangos hegesztés-sok műanyagot össze lehet kötni egy ultrahangos hegesztésnek nevezett eljárással. Az ilyen típusú folyamat megköveteli, hogy az ultrahanghullámokat olyan fókuszált területre továbbítsák,ahol műanyagdarabokat össze lehet kapcsolni. Gyakran piezoelektromos működtetőket használnak a feladat elvégzéséhez.,
piezoelektromos motorok – a piezoelektromos anyagok használatának egyik előnye, hogy jellemzőik pontosak és kiszámíthatóak. Így a piezoelektromos működtető tágulása és összehúzódása pontosan szabályozható mindaddig, amíg a tápfeszültség szabályozható. Néhány motortervezés kihasználja ezt a tényt azáltal, hogy piezoelektromos elemeket használ egy rotor vagy lineáris elem pontos lépésekben történő mozgatásához. A nanométerek sorrendjének pontossága néhány piezo motor kialakításával érhető el. A Piezo motorok széles frekvenciatartományban működnek, de általában alacsony frekvenciatartományban működnek a legjobban.,
inherens pontosságuk mellett a piezoelektromos motorok erős mágneses mezőkkel vagy kriogén hőmérsékletekkel rendelkező környezetben is használhatók-olyan környezetben, ahol a hagyományos motorok valószínűleg nem működnek. Ezek az egyedi kihívások jelen vannak az NMRI gépekben, részecskegyorsítókban és más hasonló környezetekben.
Veremmozgatók-több piezoelektromos elemet lehet egymásra rakni, hogy megszorozzuk az adott feszültségre elért elmozdulást. Az ilyen típusú eszközök ismert verem működtető, ők alkalmazzák a különböző speciális alkalmazások., A hagyományos elektromágneses működtetőkhöz képest a veremmozgatóknak a következő egyedi előnyeik vannak:
– kriogén hőmérsékleten vagy erős mágneses mezőkkel rendelkező környezetben működhetnek.
– nagy mennyiségű erőt tudnak előállítani egy kis csomagban
– szinte azonnal reagálhatnak a nagy gyorsulású bemenetre.
– rendkívül nagy pontosságot érhetnek el.
– csak akkor fogyasztanak energiát, ha a munkát ténylegesen elvégzik.,
Ezek a működtetők a szelepek, az elektromos relék, az optikai moduláció, a rezgéscsillapítás és a mozgás gyors vagy pontos szabályozását igénylő egyéb alkalmazások arányosításában találják meg felhasználásukat.
Csíkmozgató – két csík piezoelektromos anyag lehet szendvics együtt olyan konfigurációban, amely hasonló a bimetál szalag. Ebben a konfigurációban az elektromos bemenet az egyik szalag kibővülését okozza, míg a másik szalag egyidejűleg összehúzódik, ami eltérést okoz.,
piezoelektromos relék-piezoelektromos elemek hajthatók végre elektromechanikus relék vagy kapcsolók működtetésére. Ezekhez az alkalmazásokhoz vagy csíkmozgató vagy veremmozgató használható az elektromos érintkezők nyitására és bezárására. Az ilyen eszközök karbantartásmentesek, sok cikluson keresztül tartanak észrevehető kopás nélkül. További előnyként a piezoelektromos működtetők használata az elektromos érintkezők működtetéséhez lehetővé teszi a gyors és pontos vezérlést olyan kis csomagokban, amelyeket elektromágneses relékkel nehéz vagy lehetetlen elérni.,
Használja a Piezoelektromos Érzékelők Orvosi Alkalmazások
nézd meg, milyen az orvosi területen valósítja meg piezoelektromos érzékelők a különböző napi alkalmazások:
Ultrahang — Piezoelektromos jelátalakítók gyakran használt orvosi ultrahang berendezés. A berendezések fejlődése az évtizedek során lehetővé tette a terhességek jobb ellenőrzését és megkönnyítette a minimálisan invazív sebészeti beavatkozásokat.,
ultrahangos eljárások-néhány nem invazív orvosi eljárás a fókuszált ultrahanghullámok használatára támaszkodik a vesekövek lebontására vagy a rosszindulatú szövetek elpusztítására. Ezenkívül a harmonikus szike megjelenése lehetővé tette a sebészek számára, hogy a műtéti eljárás során egyidejűleg bevágják és koagulálják a szövetet, anélkül, hogy cauterizációra lenne szükség. Ez kevesebb szövetkárosodáshoz, kevesebb vérveszteséghez és gyorsabb gyógyulási időhöz vezet.
piezoelektromos működtetők a fogyasztói elektronikában
mi a helyzet a fogyasztói elektronikával és technológiával, amelyet az egész országban üzletekben értékesítenek?, Ismert, hogy sok fogyasztó, piezoelektromos hajtóművek használt elektronikai mindenhol:
Piezoelektromos Nyomtatók — Általában két fő típusú nyomtatók használata piezoelektromos hajtóművek:
– egy dot-matrix nyomtató — egy piezoelektromos mátrix nyomtató, piezoelektromos hajtóművek a nyomtató fej mozog a tű -, mint a csap, hogy a “poke” keresztül egy csík festék kazetta (hasonló, hogy egy írógép) ellen egy darab papír a különböző mintákat alkotnak karaktereket. A legtöbb alkalmazás esetében a pontmátrix nyomtatók használatát más technológiák helyettesítették., A pontmátrixnyomtató azonban az egyetlen olyan nyomtatótechnológia, amely képes duplikált és háromszoros szénmásolati nyomatok előállítására.
– tintasugaras nyomtató — egy piezoelektromos tintasugaras nyomtató, piezoelektromos hajtóművek a nyomtató fej törvény a kis membránok, vagy más módon megváltoztatni a geometria egy tintatartóra, így tintacseppek kényszerítenek ki egy nyílás fel a papírra. Ez a mai napig az egyik domináns technológia a nyomtatópiacon.,
piezoelektromos hangszórók-a piezoelektromos hangszórók szinte minden alkalmazásban megtalálhatók, amelyeknek hatékonyan kell hangot adniuk egy kis elektronikus eszközről. Az ilyen típusú hangszórók általában olcsóak, és kevés energiát igényelnek a viszonylag nagy hangmennyiségek előállításához., Tehát piezoelektromos hangszóró gyakran megtalálható eszközök, mint például a következő:
– mobiltelefonok
– fülhallgató
– Hang-termelő játékok
– Zenélő üdvözlő kártyák
– Zenélő lufi
Piezoelektromos Csengő — Piezoelektromos hangjelzés hasonló piezoelektromos hangszóró, de ezek általában úgy tervezték, alsó hűség, hogy készítsen egy hangosabb kötet több, mint egy szűkebb frekvencia tartományban., A hangjelzőket az elektronikus eszközök látszólag végtelen sorában használják, beleértve:
piezoelektromos Párásítók-sok hűvös köd-párásító piezoelektromos átalakítót használ az ultrahangos hangenergia vízmedencébe történő továbbítására. Az ultrahangos rezgések hatására a finom vízcseppek elszakadnak és porladnak a medence felszínéről, ahol egy légáramba kerülnek, és belépnek a kívánt térbe.
elektronikus fogkefék-a lineáris piezoelektromos működtetőket úgy hajtják végre, hogy néhány elektronikus fogkefében vibrálják a sörtéket.,
piezoelektromos anyagok zenei alkalmazásokhoz
a technológiai és ipari alkalmazásokon kívül a piezoelektrikum is előnyös a művészetek számára. Vannak különböző zenei alkalmazások használata piezoelektromos:
Eszköz Pickup — Sok akusztikus-elektromos vonós hangszerek hasznosítani piezoelektromos pickupok átalakítani akusztikus rezgések elektromos jeleket. Általában egy piezoelektromos anyagcsíkot helyeznek a műszertest és a húrokat támogató szerkezet közé., Például egy akusztikus-elektromos gitár általában a piezoelektromos csíkot a híd alatt és a nyeregben tartja. Ahogy a húrok rezegnek, a szalagot izgatják, hogy elektromos jelet generáljanak. Elektromos pickupok a hegedű, brácsa, gordonka, valamint ugyanazt a fogalmat, de a piezoelektromos pickup lehet erősítve a híd, vagy integrált belül a híd — ahelyett, hogy között található a híd, illetve a hangszer teste.,
Mikrofonok-egyes Mikrofonok (például ütőhangszerek érintkező mikrofonjai) piezoelektromos anyagokat használnak a hang rezgések elektromos kimenetre történő átalakításához. Ezek a mikrofonok általában nagy kimeneti impedanciával rendelkeznek, amelyeket össze kell illeszteni a megfelelő előerősítők tervezésekor.
más alkalmazásokban használt piezoelektromosság használata
van olyan alkalmazása, amely nem szerepel a listán? Kíváncsi, hogy használhatja-e a piezoelektromosságot?, A piezoelektromosság következő felhasználási módjai más lehetőségeket jelentenek az iparág számára:
piezoelektromos gyújtók-ez talán a piezoelektrikum legismertebb és mindenütt jelenlévő használata. Egy piezoelektromos gyújtó, egy gomb vagy ravaszt használnak, hogy kakas, majd engedje el a rugós töltött kalapács, a kalapács használják, hogy sztrájk egy rúd alakú piezoelektromos kerámia. A piezoelektromos kerámia hirtelen mechanikai sokkja a feszültség gyors emelkedését eredményezi, amely elég magas ahhoz, hogy egy jelentős szikrarést átugorjon, és meggyújtsa az üzemanyagot., A piezoelektromos gyújtókat gyakran használják bután öngyújtókhoz, gázrácsokhoz, gázkályhákhoz, fúvókákhoz és rögtönzött burgonyaágyúkhoz.
villamosenergia-termelés-egyes alkalmazások megkövetelik az energia kinyerését a nyomásváltozásokból, rezgésekből vagy mechanikai impulzusokból. Az energia betakarítása piezoelektromos anyagok felhasználásával lehetséges az elhajlások vagy elmozdulások elektromos energiává történő átalakítására, amely későbbi felhasználásra felhasználható vagy tárolható.,
Mikroelektronikus mechanikus rendszerek — MEMS) – a MEMS eszközök általánosabbá váltak, mivel kisebb csomagokban, például mobiltelefonokban, táblagépekben stb.integráltabb képességekre van szükség. A MEMS eszközök előnye, hogy a giroszkópok, gyorsulásmérők, inerciális mérőeszközök chip méretű csomagokba integrálhatók. Ennek érdekében gyakran használnak piezoelektromos működtetőket és érzékelőket.,
teniszütők-a piezoelektromosság kissé szokatlan alkalmazása a piezoelektromos szálakat a teniszütő torkába integrálja, a fogantyúban lévő mikrokontrollerrel együtt. Amikor a tenisz játékos megüti a labdát, hogy az ütő keret téríti meg generál elektromos kimenet, ami növelte, megfordult, s táplálják vissza a szálak. Ez egy kísérlet arra, hogy romboló interferenciát okozzon és csillapítsa a szerkezeti rezgéseket.,
A Piezoelektromos a Védelmi Alkalmazások
Ha egy része a védelmi ipar, használhatja piezoelektromos a különböző alkalmazások:
Mikro-Robotika — a területen a kis robotika, kis energia-hatékony mechanikus hajtóművek érzékelőket van szükség. A piezoelektromos működtetők használatával technikailag megvalósítható egy olyan kicsi, mint egy robot légy, amely képes feltérképezni és repülni. Valójában a mikro – légi járművek néven ismert új robottechnológia célja a rovarok vagy madarak méretű kis Drónok építése, amelyek szárnyas szárnyakkal repülnek., Ugyanúgy ellenőrzik a felületeket, mint a madarak és a rovarok. Az ilyen típusú trükkök a miniatürizációban részben piezoelektromos működtetők használatával lehetségesek.
természetesen változó Golyók-nemrég, DARPA feltalálta a .50-es kaliberű golyó, ami irányt válthat repülés közben. Bármilyen abszurdnak is hangzik ez az újítás néhány olvasó számára, a golyó egy optikai érzékelőt használ, amelyet az orrára szerelnek egy vezérlőrendszerrel és mozgatható farokúszókkal együtt, hogy egy lézerrel megvilágított cél felé irányítsa magát., Bár a DARPA nem sokat árult el Extrém pontosságukról (EXACTO), a farokúszók manipulálásának legvalószínűbb eszköze valószínűleg piezoelektromos működtető.