Zrozumienie i użycie przetwornika piezoelektrycznego

W tym poście postaramy się zbadać, czym są przetworniki i jak należy je konfigurować w obwodach wykorzystując je w danej aplikacji

Zrozumienie przetworników piezoelektrycznych

Przetwornik piezoelektryczny to urządzenie używane głównie do przetwarzania przyłożonej częstotliwości na dźwięk słyszalny. Można go porównać do głośnika, jedyną różnicą jest zdolność przenoszenia i zasada działania.

Głośnik jest używany do obsługi częstotliwości dźwięku o dużej mocy i jest w stanie odtworzyć dokładnie to, co było podawane na wejściu.

Jednak przetwornik piezoelektryczny może nie być tak wydajny jak głośnik z mocą i jakością wyjściową, ale jest kilka cech, które sprawiają, że te urządzenia są wyjątkowe.

Przetwornik piezo jest specjalnie przystosowany do generowania bardzo wysokich dźwięków, czego głośnik może nie być w stanie wykonać.

Ponadto przetwornik piezoelektryczny jest tani, bardzo kompaktowy i elegancki oraz nie wymaga skomplikowanych obwodów do obsługi.

Zasadniczo są one używane do generowania wysokich dźwięków stosowanych w rogach muzycznych, urządzeniach ostrzegawczych itp.

Specyfikacje ogólne (używanie jako generatora dźwięku)

Przetwornik piezoelektryczny ma okrągły kształt z metalową podstawą, bardziej popularne są przetworniki piezo o średnicy 27 mm.
Około 3 mm od zewnętrznego obrzeża, wewnętrzny materiał piezo jest pokryty metalową podstawą piezo.

Ten materiał jest dość wrażliwy, zwłaszcza podczas lutowania na nich drutów.

Zasadniczo są to dwa typy styków i trzy typy styków. Metalowa podstawa służy jako zacisk uziemienia, a wewnętrzna powłoka z materiału Poezo staje się zaciskiem dodatnim.

W przypadku trzech rodzajów styków wewnętrzny materiał piezoelektryczny składa się z małej, dyskretnie oddzielonej sekcji piezo, która staje się trzecim stykiem i zachowuje się głównie jako element sprzężenia zwrotnego.

Powyższe trzykontaktowe piezoelektryczne mogą być również używane w przetwornikach dwuprzewodowych, w których trzeci centralny styk sprzężenia zwrotnego nie jest używany.

Zewnętrzna częstotliwość z przetwornika piezoelektrycznego jest przykładana do metalowej podstawy i wewnętrznego materiału piezoelektrycznego, piezo następnie zaczyna wibrować na poziomie zastosowanej częstotliwości, generując wysoki dźwięk.

Jednak ten dźwięk może być bardzo nieznaczny i niski, chyba że piezoelektryczny jest przymocowany do specjalnej plastikowej obudowy z centralnym otworem.

Rozmiar otworu ma znaczenie i nie powinien być większy niż 8 mm lub mniejszy niż 6 mm.

Plastikowa obudowa powinna być taka, aby element piezoelektryczny był przyklejony klejem na podwyższonej platformie zaledwie kilka mm nad podstawą obudowy, która składa się z wyżej wyjaśnionego otworu.

Uniesiona część powinna mieć zaledwie 2 mm szerokości, ledwo podtrzymując krawędź obwodu piezoelektrycznego.

Wyjaśniono całą procedurę klejenia (instalacji) w tym prostym artykule na temat obwodu brzęczyka .

Specyfikacje techniczne - Jak działa Piezo

Jak wiemy, przetwornik piezoelektryczny przekształca siłę mechaniczną w równoważne impulsy elektryczne na zaciskach ciała. Przyłożenie tej siły mechanicznej do materiału piezoelektrycznego może mieć następujące 3 podstawowe formy:

• Poprzeczny
• Wzdłużny
• Ścinanie.

Efekt poprzeczny

W tym uderzeniu ciśnienie jest cięte wzdłuż osi neutralnej (y), przemieszczając ładunki wzdłuż kierunku (x), prostopadle do linii siły. Wielkość lub poziom wytworzonego ładunku (Cz) zależy od specyfikacji geometrycznych materiału piezoelektrycznego. Jeśli weźmiemy a, b, d jako wymiary, które otrzymamy:

do_z= d_xyfa_Y b / a

gdzie do jest wymiarem w poprzek osi neutralnej, b leży na linii, która generuje ładunek, i re jest odpowiednim współczynnikiem piezolektrycznym.

Efekt podłużny

W tym zderzeniu wielkość przenoszonego ładunku jest dokładnie równoważna przyłożonej sile. Jednak nie jest to zależne od wymiarów piezoelektrycznych.

Jedynym sposobem na zwiększenie mocy wyjściowej ładunku z elementu piezoelektrycznego jest mechaniczne skonfigurowanie wielu z tych urządzeń szeregowo lub ułożonych jedno na drugim, ale połączonych elektrycznie równolegle. Wygenerowaną opłatę można obliczyć według następującego wzoru:

do_x= d_xxfa_x n

Gdzie d_xxoznacza współczynnik piezoelektryczny dla ładunku w kierunku x, wytwarzanego przez naprężenie lub siłę przyłożoną w tym samym kierunku. fa_xreprezentuje siłę przyłożoną w kierunku x, a n reprezentuje liczbę elementów piezo ułożonych jeden nad drugim.

Efekt ścinania

W tym zderzeniu generowane ładunki są w szczególności równoważne z wywieraną siłą, ale nie zależą od wymiarów piezoelektrycznego. Gdy n liczba przetworników jest ułożonych szeregowo jeden nad drugim i połączonych elektrycznie równolegle, wielkość ładunku można obliczyć za pomocą następującego równania:

do_x= 2d_xxfa_x n

Jedynie efekt poprzeczny charakteryzuje się regulowaną czułością na przyłożoną siłę na materiał piezoelektryczny, która nie jest dostępna dla wyników efektu wzdłużnego i ścinającego.