Ποια είναι η αρχή λειτουργίας των πιεζοηλεκτρικών κεραμικών υπερήχων;
Η αρχή του πιεζοηλεκτρικού κεραμικού φύλλου: Όταν ασκείται πίεση ή τάση στο κεραμικό φύλλο, δημιουργούνται φορτία αντίθετων πολικοτήτων και στα δύο άκρα του κεραμικού φύλλου και παράγεται ρεύμα μέσω του κυκλώματος. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο. Εάν ένας μορφοτροπέας από αυτό το πιεζοηλεκτρικό κεραμικό μπει στο νερό, υπό τη δράση ηχητικών κυμάτων, θα προκληθούν φορτίσεις και στα δύο άκρα του μορφοτροπέα, που είναι δέκτες ηχητικών κυμάτων. Επιπλέον, το πιεζοηλεκτρικό φαινόμενο είναι αναστρέψιμο. Εάν εφαρμοστεί ένα εναλλασσόμενο ηλεκτρικό πεδίο στο πιεζοηλεκτρικό κεραμικό φύλλο, το κεραμικό φύλλο γίνεται λεπτότερο και παχύτερο από καιρό σε καιρό, δονώντας και εκπέμποντας ηχητικά κύματα. Επομένως, το πρόβλημα του πομπού υπερήχων έχει λυθεί.
Υπάρχουν δύο υλικά για τους πιεζοηλεκτρικούς κεραμικούς μετατροπείς: τα μαγνητοσυσταλτικά μέταλλα και τα πιεζοηλεκτρικά κεραμικά. Ο σκοπός αυτού του άρθρου είναι να σχεδιάσει μετατροπείς για μηχανική κατεργασία με υπερήχους υψηλής ισχύος, επομένως θα συζητηθούν μόνο οι πιεζοηλεκτρικοί κεραμικοί μετατροπείς. Ως δίκτυο μεταφοράς ενέργειας, ο πιεζοηλεκτρικός κεραμικός μετατροπέας έχει το πρόβλημα της απόδοσης της μετατροπής ενέργειας. Η απόδοση μετατροπής σχετίζεται με την επιλογή του υλικού του μορφοτροπέα, τη μορφή δόνησης, τη δομή του συστήματος μηχανικής δόνησης (συμπεριλαμβανομένου του μηχανισμού υποστήριξης) και τη συχνότητα λειτουργίας. Ως εκ τούτου, στο σχεδιασμό των μορφοτροπέων υπερήχων, θα πρέπει να λαμβάνονται υπόψη διάφοροι παράγοντες, όπως η ακουστική αντίσταση, η απόκριση συχνότητας, η αντιστοίχιση σύνθετης αντίστασης, η ακουστική δομή, οι τρόποι δόνησης και τα υλικά μετατροπής και ο τρόπος σχεδιασμού και συντονισμού αυτών των παραγόντων έτσι ώστε η ηλεκτροακουστική μετατροπή μπορεί να φτάσει στην καλύτερη τιμή.
Ο πιεζοηλεκτρικός κεραμικός μετατροπέας είναι ένα ηλεκτρονικό κεραμικό υλικό με πιεζοηλεκτρικές ιδιότητες. Η κύρια διαφορά από έναν τυπικό πιεζοηλεκτρικό κρύσταλλο χαλαζία χωρίς σιδηροηλεκτρικά συστατικά είναι ότι οι κρυσταλλικές φάσεις που αποτελούν τα κύρια συστατικά του είναι όλες σιδηροηλεκτρικοί κρυσταλλικοί κόκκοι. Επειδή τα κεραμικά είναι πολυκρυσταλλικά αδρανή με τυχαία προσανατολισμένους κόκκους, το διάνυσμα αυθόρμητης πόλωσης κάθε σιδηροηλεκτρικού κόκκου είναι επίσης αποπροσανατολισμένο. Προκειμένου το κεραμικό να εμφανίσει μακροσκοπικές πιεζοηλεκτρικές ιδιότητες, το πιεζοηλεκτρικό κεραμικό πρέπει να πολωθεί σε ισχυρό ηλεκτρικό πεδίο συνεχούς ρεύματος μετά την πυροδότηση και η ακραία όψη να υποβληθεί σε πολλαπλά ηλεκτρόδια, έτσι ώστε το διάνυσμα πόλωσης του αρχικού άτακτου προσανατολισμού να προσανατολίζεται κατά προτίμηση σε την κατεύθυνση του ηλεκτρικού πεδίου, και αφού εξαλειφθεί το ηλεκτρικό πεδίο, τα πιεζοηλεκτρικά κεραμικά μετά την επεξεργασία πόλωσης θα διατηρήσουν μια ορισμένη μακροσκοπική υπολειμματική πόλωση, έτσι ώστε τα κεραμικά να έχουν μια ορισμένη πίεση.
