С непрерывным развитием высоких и новых технологий требования к точности современных технологий также становятся все выше и выше. пьезоэлектрические материалы изготавливаются в датчики, приводы и т. Д. Для точной / сверхточной области, для достижения измерения крошечной деформации объекта, измерения напряжения, нанопозиционирования и неразрушающего обнаружения.

Преимущества и недостатки каждого пьезоэлектрического материала различны. пьезоэлектрическая керамическая поликристаллическая пьезоэлектрическая прочность, высокий коэффициент электромеханической связи, обработка его формы не требует, может быть сделана произвольная форма, и по цене преимущества, могут быть произведены в больших количествах, и может быть проведена глубокая обработка, в сочетании с другими функциональными устройствами, для удовлетворения эксплуатационных требований в различных областях, поэтому широко используется в различных потребностях сверхточной обработки современной науки и техники и повседневной жизни.

Применение пьезоэлектрической керамики в точных / сверхточных областях

Поскольку пьезоэлектрические керамические материалы имеют положительный и обратный пьезоэлектрический эффект, они широко используются в пьезоэлектрических датчиках, приводах, преобразователях и фильтрах и других устройствах. Сфера применения охватывает аэрокосмическую, военную, информационную электронику, промышленную технику, медицину, автомобили и многие другие области. Ожидается, что к 2026 году мировой рынок пьезоэлектрических материалов и устройств достигнет 35,4 млрд долларов. Среди них производство, использование и экспорт пьезоэлектрических материалов и устройств в Китае составляют более 60% мирового масштаба.

01 пьезоэлектрический преобразователь

пьезоэлектрический преобразователь использует пьезоэлектрический эффект пьезоэлектрической керамики и обратный пьезоэлектрический эффект для достижения взаимного преобразования электрической и акустической энергии. пьезоэлектрический ультразвуковой преобразователь представляет собой гидроакустический прибор, излучающий и получающий ультразвук под водой. Под действием звуковых волн пьезоэлектрический преобразователь в воде, оба конца преобразователя будут индуцировать заряд, который является акустическим приемником; Если на пьезоэлектрическую керамическую пластину наносится переменное электрическое поле, керамическая пластина иногда становится тоньше и толще, создавая звуковые волны, излучаемые вибрацией, которая является ультразвуковым передатчиком.

пьезоэлектрические преобразователи широко используются для навигации по воде, обнаружения океана, ультразвуковой очистки, твердой дефектоскопии и медицинской визуализации, ультразвуковой диагностики, лечения ультразвуковых заболеваний. Еще одной областью применения современных пьезоэлектрических ультразвуковых преобразователей являются системы телеметрии и дистанционного управления.

Применяется в области неразрушающей дефектоскопии. Технология неразрушающего обнаружения относится к использованию акустических, оптических, электрических, магнитных и других технологий для обнаружения дефектов или неравномерностей проверяемого объекта без ущерба для проверяемого объекта и может дать размер, местоположение, характер и количество дефектов.

Обычные методы неразрушающего обнаружения, такие как ультразвуковое обнаружение, рентгеновское обнаружение, машинное визуальное обнаружение, вихревое обнаружение и вибрационное обнаружение, все еще находятся на начальной стадии обнаружения повреждений бетона и обнаружения повреждений деревянных конструкций, не могут найти и описать внутренние повреждения, а датчики дорогие. пьезоэлектрическая керамика имеет гибкое использование, дешевую цену и другие характеристики для достижения обнаружения повреждений бетона и позиционирования и интеллектуального обнаружения повреждений деревянных конструкций.

• Применяется в области пьезоэлектрического захвата. пьезоэлектрический захватчик использует резонансные характеристики самого пьезоэлектрического вибратора и принцип пьезоэлектрического эффекта пьезоэлектрического материала для преобразования солнечной энергии, энергии вибрации, энергии шума и т. Д. в окружающую среду в электрическую энергию. Этот принцип также применяется в пьезоэлектрических керамических ультразвуковых двигателях. В настоящее время технология пьезоэлектрического захвата в основном используется в производстве пьезоэлектрической энергии на дороге, механическая энергия, создаваемая движением транспортного средства, преобразуется в электрическую энергию.

При выборе пьезоэлектрических материалов наиболее часто используется цирконий титанат свинца (PZT). Однако исследования показывают, что под действием высокочастотных циклических нагрузок PZT чрезвычайно подвержен усталостным трещинам и хрупким разрывам. Таким образом, PZT не может выдерживать чрезмерное напряжение в системе пьезоэлектрического захвата, может использовать пьезоэлектрический полимер поливинилфторид (PVDF), исследования показывают, что PVDF имеет преимущества высокой прочности, долголетия и высокой эффективности.

02 пьезоэлектрический датчик

При работе пьезоэлектрический датчик создает давление на пьезоэлектрический элемент, что, в свою очередь, создает заряд, который, пройдя через такие элементы, как усилитель и сопротивление преобразованию внутри датчика, образует заряд, пропорциональный внешнему давлению, а затем высвобождает вырабатываемую мощность для обеспечения нормальной работы датчика. Широко используется в акустике, медицине, механике, навигации.

Применение в области микросмещения и трехмерных измерений поверхности. В области микросмещения пьезоэлектрическая керамика в основном используется в сверхточных системах подачи. Инструмент для измерения микросмещения выбирает индуктивный микрометр с точностью 0,01 мкм, диапазон от 0 до 10 мкм, жесткость стола 200 Н / мкм, ход смещения 27,6 мкм. При нагруженном напряжении пьезоэлектрической керамики и разряде пьезоэлектрической керамики возникает динамическое смещение, смещение пьезоэлектрической керамики приводит к движению подачи рабочего стола, в то время как датчик смещения генерирует обратную связь смещения в систему управления, чтобы сформировать замкнутое управление. Передача данных с помощью индуктивного микрометра на компьютер и управление движением измерительной платформы с помощью Matlab или LabVIEW.

блок - схема принципа системы подачи

Методы, используемые в области измерения трехмерной поверхности, в основном включают механический зонд, оптический зонд, сканирующий зонд и интерферометрию фазового сдвига, из которых интерферометрия фазового сдвига имеет лучшие результаты.

Применяется в области измерения микродеформаций и напряжений. В области измерения крошечных деформаций и напряжений в основном используются пьезоэлектрические датчики, которые применяют пьезоэлектрические керамические свойства для измерения силы и измерения неэлектрической физической величины конечного преобразования силы.

Что касается крошечной деформации, то традиционные методы измерения включают в себя линейку курсора, оптический рычаг и т. Д. Но не могут удовлетворить потребности точной сверхточной области, поэтому использование интеллектуальных материалов пьезоэлектрической керамики и датчиков для достижения измерения микродеформации прецизионных сверхточных материалов является важным направлением исследований в настоящее время.

03 Электропривод

пьезоэлектрический привод использует обратный пьезоэлектрический эффект пьезоэлектрического материала для достижения управления движением. Разрешение пьезоэлектрической керамики может достигать наноуровня или даже на единицу порядка и может двигаться по прямой линии в указанном направлении. При применении электрического поля пьезоэлектрический материал подвергается механической деформации, которая создает движение. Это движение может быть использовано для управления механическими системами для достижения точного управления положением и управления движением. пьезоэлектрические приводы широко используются в условиях высокой точности позиционирования и быстрого позиционирования, имеют много преимуществ большой выходной силы, небольшого размера, быстрого реагирования и высокой жесткости.

пьезокерамический привод

Драйвер является основным устройством платформы микропозиционирования, и его можно использовать для управления платформой микропозиционирования. Микроконтроллеры в основном используются для управления позиционированием микронного и субмикронного уровней точности, таких как производство оптических приборов, стыковка волоконно - оптических волокон, высокоточная трехмерная микродинамическая станция, высокоточная машинная обработка и исследование туннельных эффектов. В технологии позиционирования традиционные устройства позиционирования, такие как рулевая или скользящая направляющая, механизм прецизионного спирального клина, турбо - вогнутый механизм, механизм шестерни - рычага и другие механические приводы микросмещения составляют механизм позиционирования, из - за большого зазора и трения, поэтому невозможно достичь сверхточного позиционирования. Использование пьезоэлектрического привода в сочетании с гибким шарнирным усилительным механизмом может преодолеть вышеуказанные недостатки и достичь сверхточного позиционирования микро - нанометрового уровня.

Резюме

В целом, как основной функциональный материал в современном промышленном производстве, пьезоэлектрическая керамика способствует развитию материалов благодаря своим собственным преимуществам, благодаря многим преимуществам, которые пользуются поддержкой многих высокотехнологичных отраслей, в области прецизионных / сверхточных исследований также все больше и больше. С быстрым развитием новых областей и новыми экономическими и социальными потребностями развития в будущем будут предъявляться более высокие требования к производительности пьезоэлектрической керамики. Например: высокая температура Кюри, высокий коэффициент электромеханической связи и коэффициент механического качества, а также охрана окружающей среды, отсутствие свинца, композитная, нано - пьезоэлектрическая керамика, несомненно, станут центром будущих исследований.