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Técnico
La tecnología y el funcionamiento de la sonda piezoeléctrica PRINCIPIOS BÁSICOS Un elemento cerámico piezoeléctrico es un cuerpo sinterizado de muchos cristales (policristales). La distorsión de este cristal ocurre cuando se aplica una tensión al elemento, ya sea térmica, mecánica o eléctricamente. Estas distorsiones crean muchos usos posibles, incluidas las aplicaciones de alarma y sensor.

Al utilizar elementos piezoeléctricos en una aplicación de salida audible, se fija una placa de metal al elemento cerámico porque la frecuencia de resonancia de la cerámica es demasiado alta para producir un tono audible por sí mismo. Esta placa de metal vibra como se muestra en la Fig. 1 debido a la contracción y expansión de la piezocerámica, y se produce una señal audible.

CARACTERÍSTICAS DE LA IMPEDANCIA El circuito equivalente para los elementos piezoeléctricos se muestra en la Fig. 3. La resonancia mecánica del elemento se muestra con R, L, C donde L y C determinan la frecuencia de resonancia (Fig. 3). 6dklprf0 Debido a que el condensador de derivación es más grande que la combinación en serie, la impedancia total es capacitiva. xjjk0kac MODOS DE VIBRACIÓN Y MÉTODOS DE APOYO PARA EL ELEMENTO DE SONIDO Se pueden crear tres modos principales de vibración en el elemento según el estilo de montaje. Esto se ilustra en la Fig. 2 MONTAJE (1) Soporte de nodo El elemento de sonido que se muestra en la Fig. 2 (a) está montado en un nodo, lo que le permite vibrar en un estado libre. El nodo, una circunferencia donde no se produce vibración, se crea como se muestra por la línea discontinua en la Fig. 1. El montaje en el nodo provoca la menor supresión mecánica de la vibración, permitiendo así la mayor amplitud. Por lo tanto, este método de montaje, como se ilustra en la Figura 5 (a), proporciona la salida de presión de sonido más alta y la frecuencia de oscilación más estable de las tres opciones. Como resultado, este es el diseño más apropiado para aplicaciones de autoaccionamiento de alto rendimiento. (2) Soporte de borde La Fig. 2 (b) muestra el modo de vibración cuando el elemento de sonido se apoya en los bordes. En esta configuración de montaje, toda la placa de sonido vibra hacia arriba y hacia abajo, como lo ilustra la línea discontinua en el diagrama. Por lo tanto, el método de borde como se ilustra en la Fig. 5 (b), suprime la frecuencia resonante fundamental al mover el nodo. Esto ofrece la posibilidad de una respuesta de frecuencia amplia, y se utiliza de manera más ventajosa con una unidad externa. (3) Soporte central La Fig. 2 (c) muestra el modo de vibración cuando el elemento de sonido está soportado en el centro. Como el área de vibración principal es soportada con fuerza, no se pueden lograr grandes niveles de presión sonora cuando se utiliza este método. Esto también es apropiado para unidades externas, pero debido a dificultades de diseño, el soporte central no es útil como alarma. CONSIERCIONES DE DISEÑO DE CIRCUITO 1. Driving Wave
Los elementos piezoeléctricos pueden ser impulsados ​​por onda sinusoidal, pulsada o cuadrada, dependiendo de la aplicación particular. Si se utiliza una onda sinusoidal, el dispositivo funcionará a una frecuencia inferior a la frecuencia resonante (Fo) con un nivel de presión acústica más bajo. La razón de esto es la pérdida de energía, a través del lapso de tiempo entre las desviaciones de los picos como se muestra en la Fig. 7. Es importante que se proporcione una señal sinusoidal limpia, ya que cualquier recorte de la forma de onda puede provocar inestabilidad de frecuencia. Si se utilizan ondas cuadradas u ondas pulsadas para conducir los elementos, se obtendrá una salida acústica más alta, junto con un aumento en los niveles de armónicos. Un condensador paralelo puede reducir estos armónicos. Frecuencia de conducción
Para una salida máxima, se debe usar una frecuencia de entre 500Hz y 4KHZ, según lo recomendado por la parte específica elegida.

3. Precaución DC
Para evitar la despolarización de los elementos cerámicos, es necesario tomar todas las precauciones para evitar que sean sometidos a corriente continua.

4. Precauciones de alto voltaje
Un voltaje superior a los recomendados por la especificación puede dañar la cerámica, incluso si se aplica por períodos cortos. Debido a la fuerza del efecto piezoeléctrico, el alto voltaje puede hacer que los cristales rompan los enlaces sinterizados, lo que resulta en daños permanentes. No se alcanzarán niveles de presión sonora significativamente más altos con voltajes más altos que los recomendados por la especificación.

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5. Aplicaciones de bobina de refuerzo:
Cuando use una bobina de refuerzo, no exceda las recomendaciones de voltaje, ya que la bobina se calentará y pasará demasiada corriente al transistor.

6. Choque:
El impacto mecánico en los zumbadores o elementos puede generar altos voltajes que pueden dañar gravemente los circuitos del variador. Se recomienda una protección adecuada de diodos en aplicaciones donde es posible un choque mecánico. Diodo Zener como se muestra en la Figura 7a; El diodo Schottky se muestra en la Figura 7b.

7. Pegamento de montaje:
La aplicación adecuada de pegamento de montaje es necesaria para producir niveles de presión acústica adecuados.

8. Diseño de caja resonante:
Cuando un elemento es compatible y no tiene caso, el nivel de presión sonora es pequeño. Esto se debe a que la impedancia acústica de los elementos no coincide con la de ninguna carga al aire libre.
Sin embargo, al construir un estuche resonante, la impedancia acústica del elemento y el aire encerrado pueden coincidir. Este caso puede ser diseñado usando lo siguiente
(Ecuación de Helmholtz)

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fo = Frecuencia de cavidad resonante (Hz) c = Velocidad del sonido 34.4 x cm / seg @ 24
a = Radio del orificio de emisión de sonido (cm) d = Diámetro de soporte
h = Altura de la cavidad (cm)
t = espesor de la cavidad
k = constante = ~ 1.3

9. capacitancia electrostática
Es necesario hacer coincidir la impedancia de salida del oscilador con la impedancia del transductor para obtener el nivel máximo de presión de sonido del transductor. La capacidad electrostática real se puede calcular a partir de la siguiente fórmula.

C = 8c6vpeco pF
D = diámetro del electrodo (cm)
t = espesor de cerámica (cm)

10. Recomendaciones de soldadura
La ubicación deseada para soldar cables conductores en un elemento es el punto más cercano al borde de la superficie plateada. La ubicación deseada para soldar un cable a la placa de metal es el área entre el extremo de la placa y el extremo de la cerámica.
A continuación se detallan las condiciones para soldar.

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