Piezo-anturin ymmärtäminen ja käyttö

Tässä viestissä yritämme tutkia mitä anturit ovat ja miten ne on määritettävä piireihin käytettäessä niitä tietyssä sovelluksessa

Piezo-antureiden ymmärtäminen

Pietsomuunnin on laite, jota käytetään ensisijaisesti sovelletun taajuuden muuntamiseen kuultavaksi ääneksi. Sitä voidaan verrata kaiuttimeen, ainoa ero on käsittelykapasiteetti ja toimintaperiaatteet.

Kaiutinta käytetään suuritehoisten äänitaajuuksien käsittelyyn, ja se pystyy toistamaan tarkalleen mitä syötteessä syötetään.

Pietsomuunnin ei kuitenkaan välttämättä ole yhtä tehokas kuin kaiutin, jolla on tehoa ja ulostuloa, mutta on joitain ominaisuuksia, jotka tekevät näistä laitteista erinomaiset.

Pietsomuunnin soveltuu erityisesti erittäin korkeiden äänilähtöjen tuottamiseen, mitä kaiutin ei ehkä pysty tekemään.

Lisäksi pietsoanturi on halpa, erittäin kompakti ja tyylikäs eikä vaadi monimutkaisia ​​piirejä toimiakseen.

Joten pohjimmiltaan niitä käytetään tuottamaan korkeita säveleitä, joita voidaan käyttää musiikkitorvissa, varoituslaitteissa jne.

Yleiset tekniset tiedot (käytetään äänigeneraattorina)

Pietsomuunnin on muodoltaan pyöreä, metallipohjainen, halkaisijaltaan 27 mm: n pietsoanturit ovat suositumpia.
Noin 3 mm: n etäisyydellä ulkokehästä sisempi pietsomateriaali on päällystetty pietson metallialustalle.

Tämä materiaali on melko haavoittuva varsinkin juotettaessa niihin johtoja.

Pohjimmiltaan nämä ovat kaksi kosketinta ja kolme kosketustyyppiä. Metallipohjaa käytetään maadoitusliittimenä ja sisäisestä poezo-materiaalipinnoitteesta tulee positiivinen pääte.

Kolmen kosketintyypin osalta sisempi pietsomateriaali koostuu pienestä erillisesti erotetusta pietsoprofiiliosasta, josta tulee kolmas kontakti ja joka toimii enimmäkseen takaisinkytkentäelementtinä.

Ylläolevaa kolmea koskettimen pietsoa voidaan käyttää myös kahdessa lankalähettimessä, jossa kolmatta keskeistä takaisinkoskettinta ei käytetä.

Pietsojohdon ulkoinen taajuus kohdistetaan metallialustan ja sisemmän pietsomateriaalin poikki, pietso alkaa sitten värähtelemään sovelletulla taajuusalueella ja tuottaa korkean äänen.

Tämä ääni voi kuitenkin olla hyvin merkityksetön ja hiljainen, ellei pietsoa kiinnitetä erityisen muovikotelon päälle, jossa on keskireikä.

Reiän koolla on merkitystä, eikä sen saa olla halkaisijaltaan yli 8 mm tai alle 6 mm.

Muovikotelon tulisi olla sellainen, että pietso on tarttunut liimalla nostolavan päälle vain muutama mm edellä mainitusta reiästä koostuvan kotelon pohjan yläpuolelle.

Kohotetun osan tulisi olla vain 2 mm leveä, tuskin tukemalla pietson kehän reunaa.

Koko kiinnitysmenettely (asennus) on selitetty tässä yksinkertaisessa summeripiirin artikkelissa .

Tekniset tiedot - Kuinka Piezo toimii

Kuten tiedämme, pietsosähköinen muunnin muuntaa mekaanisen voiman vastaaviksi sähköpulsseiksi rungonsa napojen yli. Tämän mekaanisen voiman kohdistaminen pietsomateriaaliin voi olla seuraavassa 3 perusmuodossa:

• Poikittainen
• Pituussuuntainen
• Leikkaus.

Poikittainen vaikutus

Tässä iskupaine laskee neutraalia akselia (y) pitkin liikkuvia varauksia (x) -suunnassa kohtisuorassa voimajohtoon nähden. Tuotettu suuruus tai varaustaso (Cz) riippuu pietsosähköisen materiaalin geometrisista ominaisuuksista. Jos otamme saaduiksi mitoiksi a, b, d:

C_kanssa= d_xyF_Y b / a

missä että on mitoitus neutraalin akselin poikki, b on linjalla, joka tuottaa varauksen, ja d on merkityksellinen pietsosähköinen kerroin.

Pitkittäisvaikutus

Tässä vaikutuksessa siirretyn varauksen suuruus vastaa nimenomaan sovellettua voimaa. Tämä ei kuitenkaan ole riippuvainen pietsosähköisistä mitoista.

Ainoa tapa lisätä pietsosähköisen elementin varaustehoa on konfiguroida monet näistä laitteista mekaanisesti sarjaan tai kasaamaan päällekkäin, mutta sähköisesti kytkettyinä rinnakkain. Syntynyt varaus voidaan laskea seuraavalla kaavalla:

C_x= d_xxF_x n

Missä D_xxtarkoittaa pietsosähköistä kerrointa x-suunnan poikkeavalle varaukselle, jonka tuottaa jännitys tai samaan suuntaan kohdistettu voima. F_xedustaa x-suunnassa käytettyä voimaa, kun taas n edustaa päällekkäin pinottujen pietsoelementtien lukumäärää.

Leikkausvaikutus

Tässä vaikutuksessa syntyvät varaukset vastaavat erityisesti kohdistettua voimaa, mutta eivät riippuen pietsomitasta. Kun n antureiden määrä on pinottu sarjaan päällekkäin ja kytketty sähköisesti rinnakkain, varauksen suuruus voidaan laskea seuraavalla yhtälöllä:

C_x= 2d_xxF_x n

Vain poikittaisessa vaikutuksessa on säädettävä herkkyys pietsomateriaalille kohdistetulle voimalle, mikä ei ole käytettävissä pituus- ja leikkausvaikutustuloksille.