Pochopenie a použitie piezoelektrického meniča

V tomto príspevku sa pokúsime preskúmať, čo sú to prevodníky a ako je potrebné ich nakonfigurovať v obvodoch, keď ich používate v danej aplikácii

Pochopenie piezoelektrických meničov

Piezoelektrický menič je zariadenie primárne používané na prevod použitej frekvencie na zvukový zvuk. Môže sa to porovnávať s hlasným reproduktorom, jediným rozdielom je manipulačná kapacita a prevádzkové princípy.

Reproduktor sa používa na prácu s vysokými frekvenciami zvuku a je schopný reprodukovať presne to, čo je napájané na vstupe.

Piezoelektrický menič však nemusí byť taký efektívny ako reproduktor s výkonom a kvalitou výstupu, ale existuje niekoľko funkcií, vďaka ktorým sú tieto zariadenia vynikajúce.

Piezoelektrický menič je špeciálne vhodný na generovanie veľmi vysokých zvukových výstupov, ktoré by reproduktor nemusel robiť.

Piezoelektrický menič je navyše lacný, veľmi kompaktný a elegantný a nevyžaduje na svoju činnosť zložité obvody.

V zásade sa teda používajú na výrobu vysokých tónov použiteľných v hudobných klaksónoch, varovných zariadeniach atď.

Všeobecné špecifikácie (použitie ako zvukový generátor)

Piezoelektrický menič je okrúhleho tvaru s kovovou základňou, populárnejšie sú piezoelektrické meniče s priemerom 27 mm.
Asi 3 mm od vonkajšieho obvodu je vnútorný piezo materiál potiahnutý na kovovej základni piezo.

Tento materiál je dosť zraniteľný, hlavne keď na ňom spájkujete drôty.

V zásade ide o dva kontaktné a tri kontaktné typy. Kovová základňa sa používa ako uzemňovacia svorka a vnútorný povlak materiálu poezo sa stáva kladnou svorkou.

Pre typ s tromi kontaktmi pozostáva vnútorný piezo materiál z malého diskrétne oddeleného piezoelektrického úseku, ktorý sa stáva tretím kontaktom a správa sa väčšinou ako spätnoväzbový prvok.

Vyššie uvedené tri kontaktné piezoelektrické snímače sa môžu použiť aj v aplikáciách dvojvodičových prevodníkov, kde sa nepoužíva tretí centrálny spätnoväzbový kontakt.

Vonkajšia frekvencia z piezoelektrického meniča sa aplikuje na kovovú základňu a vnútorný piezo materiál, piezo potom začne vibrovať na úrovni použitej frekvencie a generuje vysoký zvuk.

Tento zvuk však môže byť veľmi nevýznamný a má malú hlasitosť, pokiaľ nie je piezoelektrický snímač pripevnený k špeciálnemu plastovému krytu so stredovým otvorom.

Na veľkosti otvoru záleží a nemal by byť väčší ako 8 mm v priemere alebo menší ako 6 mm v priemere.

Plastové puzdro by malo byť také, aby bol piezo lepidlo prilepené na zdvíhacej plošine len pár mm nad základňou puzdra, ktorá sa skladá z vyššie vysvetleného otvoru.

Vyvýšená časť by mala mať šírku iba 2 mm a ťažko by mala podopierať obvodovú hranu piezo.

Celý postup lepenia (inštalácie) bol vysvetlený v tomto jednoduchom článku o obvode bzučiaka .

Technické špecifikácie - Ako funguje piezoelektrický systém

Ako vieme, piezoelektrický menič prevádza mechanickú silu na ekvivalentné elektrické impulzy cez svorky svojho tela. Aplikácia tejto mechanickej sily na piezo materiál môže byť v nasledujúcich 3 základných formách:

• Priečne
• Pozdĺžne
• Strih.

Priečny účinok

V tomto nárazovom tlaku sa rezy pozdĺž neutrálnej osi (y) pohybujú nábojmi v smere (x), kolmo na silovú čiaru. Vyrobená veľkosť alebo úroveň náboja (Cz) závisí od geometrických špecifikácií piezoelektrického materiálu. Ak vezmeme a, b, d ako rozmery, dostaneme:

C._s= d_xyF_Y. b / a

kde do je rozmer cez neutrálnu os, b leží na linke, ktorá generuje náboj, a d je relevantný piezolektrický koeficient.

Pozdĺžny účinok

Pri tomto dopade je veľkosť prenášaného náboja konkrétne ekvivalentná použitej sile. To však nezávisí od piezoelektrických rozmerov.

Jediným spôsobom, ako zvýšiť výstup náboja z piezoelektrického prvku, je konfigurovať mnohé z týchto zariadení mechanicky do série alebo nad sebou, ale elektricky zapojené paralelne. Generovaný poplatok je možné vypočítať podľa nasledujúceho vzorca:

C._X= d_xxF_X n

Kde d_xxoznačuje piezoelektrický koeficient pre náboj v smere x, ktorý je vytváraný napätím alebo silou pôsobiacou v rovnakom smere. F_Xpredstavuje silu pôsobiacu v smere x, zatiaľ čo n predstavuje počet piezoelektrických prvkov naskladaných nad sebou.

Šmykový efekt

Pri tomto náraze sú generované náboje špecificky ekvivalentné vynaloženej sile, ale nie v závislosti od piezo rozmerov. Kedy n počet meničov je naskladaných do série nad sebou a sú elektricky zapojené paralelne, je možné veľkosť náboja vypočítať pomocou nasledujúcej rovnice:

C._X= 2d_xxF_X n

Iba priečny efekt má nastaviteľnú citlivosť na pôsobiacu silu na piezo materiál, ktorá nie je k dispozícii pre výsledky pozdĺžneho a šmykového účinku.