Κατανόηση και χρήση ενός Piezo Transducer

Σε αυτήν την ανάρτηση προσπαθούμε να διερευνήσουμε τι είναι οι μορφοτροπείς και πώς πρέπει να ρυθμιστούν σε κυκλώματα ενώ τα χρησιμοποιούμε σε μια δεδομένη εφαρμογή

Κατανόηση των μορφοτροπέων Piezo

Ένας πιεζοηλεκτρικός μετατροπέας είναι μια συσκευή που χρησιμοποιείται κυρίως για τη μετατροπή μιας εφαρμοζόμενης συχνότητας σε ακουστικό ήχο. Μπορεί να συγκριθεί με ένα ηχείο, η μόνη διαφορά είναι η ικανότητα χειρισμού και οι αρχές λειτουργίας.

Ένα ηχείο χρησιμοποιείται για το χειρισμό συχνοτήτων ήχου υψηλής ισχύος και μπορεί να αναπαραγάγει ακριβώς αυτό που τροφοδοτήθηκε στην είσοδο.

Ωστόσο, ένας πιεζοτροπέας μπορεί να μην είναι τόσο αποτελεσματικός όσο ένα ηχείο με ισχύ και ποιότητα εξόδου, αλλά υπάρχουν μερικά από τα χαρακτηριστικά που κάνουν αυτές τις συσκευές εξαιρετικές.

Ένας πιεζοηλεκτρικός μετατροπέας είναι ειδικά κατάλληλος για την παραγωγή πολύ υψηλής απόδοσης ήχου, τις οποίες ένα ηχείο μπορεί να μην μπορεί να κάνει.

Επιπλέον, ένας πιεζοτροπέας είναι φθηνός, πολύ συμπαγής και κομψός και δεν απαιτεί πολύπλοκα κυκλώματα για λειτουργία.

Βασικά, λοιπόν, χρησιμοποιούνται για την παραγωγή νότες υψηλών τόνων που ισχύουν σε μουσικά κέρατα, συσκευές προειδοποίησης κ.λπ.

Γενικές προδιαγραφές (Χρήση ως Sound Generator)

Ένας πιεζοτροπέας έχει στρογγυλό σχήμα με μεταλλική βάση, οι πιεζοτροπείς διαμέτρου 27 mm είναι πιο δημοφιλείς.
Περίπου 3 mm από την εξωτερική περιφέρεια, το εσωτερικό πιεζο υλικό επικαλύπτεται στη μεταλλική βάση ενός πιεζο.

Αυτό το υλικό είναι αρκετά ευάλωτο, ειδικά κατά τη συγκόλληση καλωδίων.

Βασικά, αυτά είναι δύο τύποι επαφών και τρεις επαφές. Η μεταλλική βάση χρησιμοποιείται ως ακροδέκτης γείωσης και η εσωτερική επίστρωση υλικού poezo γίνεται ο θετικός ακροδέκτης.

Για τους τρεις τύπους επαφής, το εσωτερικό πιεζό υλικό αποτελείται από ένα μικρό διαχωρισμένο τμήμα πιεζο, το οποίο γίνεται η τρίτη επαφή και συμπεριφέρεται κυρίως ως στοιχείο ανάδρασης.

Οι παραπάνω τρεις πιεζοί επαφής μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογή μορφοτροπέα δύο καλωδίων όπου δεν χρησιμοποιείται η τρίτη κεντρική επαφή ανατροφοδότησης.

Η εξωτερική συχνότητα από ένα πιεζοηλεκτρικό πρόγραμμα εφαρμόζεται σε όλη τη μεταλλική βάση και το εσωτερικό υλικό πιεζο, το piezo αρχίζει τότε να δονείται στο εφαρμοζόμενο επίπεδο συχνότητας, δημιουργώντας έναν ήχο με υψηλή ένταση.

Ωστόσο, αυτός ο ήχος μπορεί να είναι πολύ ασήμαντος και χαμηλής έντασης, εκτός και αν το πιεζάκι στερεωθεί πάνω σε ειδικό πλαστικό περίβλημα με κεντρική οπή.

Το μέγεθος της οπής έχει σημασία και δεν πρέπει να έχει διάμετρο μεγαλύτερη από 8 mm ή μικρότερη από 6 mm σε διάμετρο.

Το πλαστικό περίβλημα πρέπει να είναι τέτοιο ώστε το πιεζο κολλημένο με κόλλα πάνω σε πλατφόρμα ανύψωσης μόλις μερικά mm πάνω από τη βάση του περιβλήματος που αποτελείται από την παραπάνω εξηγηθείσα οπή.

Το ανυψωμένο τμήμα πρέπει να έχει πλάτος μόλις 2 mm, υποστηρίζοντας μόλις το περίγραμμα της πιέζας.

Έχει εξηγηθεί ολόκληρη η διαδικασία κολλήσεως (εγκατάστασης) σε αυτό το απλό άρθρο κυκλώματος βομβητή .

Τεχνικές προδιαγραφές - Πώς λειτουργεί το Piezo

Όπως γνωρίζουμε ότι ένας πιεζοηλεκτρικός μετατροπέας μετατρέπει μια μηχανική δύναμη σε ισοδύναμους ηλεκτρικούς παλμούς στους ακροδέκτες του αμαξώματος. Η εφαρμογή αυτής της μηχανικής δύναμης στο πιεζο υλικό θα μπορούσε να έχει τις ακόλουθες 3 βασικές μορφές:

• Εγκάρσιος
• Γεωγραφικού μήκους
• Κουρεύω.

Εγκάρσιο αποτέλεσμα

Σε αυτήν την πίεση, η πίεση κόβεται κατά μήκος ενός ουδέτερου άξονα (y) κινούμενων φορτίων κατά μήκος της (x) κατεύθυνσης, κάθετα προς τη γραμμή δύναμης. Το μέγεθος ή το επίπεδο φόρτισης (Cz) που παράγεται εξαρτάται από τις γεωμετρικές προδιαγραφές του πιεζοηλεκτρικού υλικού. Αν πάρουμε τα a, b, d ως διαστάσεις παίρνουμε:

ντο_με= δ_xyφά_Υ β / α

που προς το είναι η διάσταση κατά μήκος του ουδέτερου άξονα, σι βρίσκεται στη γραμμή που δημιουργεί τη χρέωση, και ρε είναι σχετικός πιεζοηλεκτρικός συντελεστής.

Διαμήκης επίδραση

Σε αυτήν την επίπτωση, το μέγεθος της μεταφερόμενης φόρτισης είναι ειδικά ισοδύναμο με την ισχύ που ασκείται. Ωστόσο, αυτό δεν εξαρτάται από τις πιεζοηλεκτρικές διαστάσεις.

Ο μόνος τρόπος για να αυξήσετε την έξοδο φόρτισης από ένα πιεζοηλεκτρικό στοιχείο είναι να ρυθμίσετε πολλές από αυτές τις συσκευές μηχανικά σε σειρά ή να συσσωρεύονται το ένα πάνω από το άλλο, αλλά να συνδέονται ηλεκτρικά παράλληλα. Η δημιουργούμενη χρέωση μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον ακόλουθο τύπο:

ντο_Χ= δ_xxφά_Χ ν

Όπου δ_xxυποδηλώνει τον πιεζοηλεκτρικό συντελεστή για ένα φορτίο κατά την κατεύθυνση x, που παράγεται από την τάση ή τη δύναμη που ασκείται κατά την ίδια κατεύθυνση. φά_Χαντιπροσωπεύει τη δύναμη που ασκείται στην κατεύθυνση x, ενώ ν αντιπροσωπεύει τον αριθμό των πιεζοστοιχείων που στοιβάζονται το ένα πάνω από το άλλο.

Εφέ διάτμησης

Σε αυτήν την επίπτωση, τα παραγόμενα φορτία είναι ειδικά ισοδύναμα με την ασκούμενη δύναμη, αλλά δεν εξαρτώνται από τις πιεζομετρικές διαστάσεις. Πότε ν ο αριθμός των μορφοτροπέων στοιβάζονται στη σειρά το ένα πάνω στο άλλο και συνδέονται ηλεκτρικά παράλληλα, το μέγεθος της φόρτισης μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας την ακόλουθη εξίσωση:

ντο_Χ= 2δ_xxφά_Χ ν

Μόνο το εγκάρσιο εφέ διαθέτει μια ρυθμιζόμενη ευαισθησία για την εφαρμοζόμενη δύναμη στο πιεζο υλικό, η οποία δεν είναι διαθέσιμη για τα αποτελέσματα του διαμήκους και διάτμησης.