Eines der Probleme der modernen Elektronik und Elektrotechnik ist die Umwandlung von elektrischem Strom in mechanische Bewegung und umgekehrt. Es entsteht aufgrund der unterschiedlichen Art der mechanischen Bewegung und des elektrischen Stroms. Es gibt verschiedene Ansätze zur Lösung dieses Problems, jeder mit seiner eigenen Geräteklasse. Die piezoelektrische Technik wird als nächstes diskutiert.
Die Essenz des piezoelektrischen Effekts und seine Haupteigenschaften
Die ersten Berichte über den piezoelektrischen Effekt wurden 1880 in Frankreich von den Curie-Brüdern veröffentlicht. Sie fanden heraus, dass die mechanische Verformung von Quarz und einigen anderen kristallinen Materialien durch Druck, Kompression, Dehnung und Torsion eine elektrische Ladung erzeugt. Die Autoren der Entdeckung nannten solche Ladungen Piezoelektrizität vom griechischen Wort "Crush". Dementsprechend wurden Materialien mit einer solchen Eigenschaft von ihnen der Gruppe der Piezoelektrika zugeordnet.
Eine bemerkenswerte Eigenschaft des piezoelektrischen Effekts ist seine Reversibilität, wie in Abbildung 1 dargestellt. Mit anderen Worten, jedes piezoelektrische Material erzeugt nicht nur unter Druck eine elektrische Ladung, sondern beginnt auch, sein Volumen in einem elektrischen Feld zu ändern.
Piezoelektrische Bauelemente sind in der modernen Technologie weit verbreitet. Dies wird erleichtert durch:
- Billigkeit, Verbreitung und einfache Verarbeitung von piezoelektrischen Materialien;
- gute Stabilität ihrer elektrischen und mechanischen Eigenschaften über die Zeit.
Von nicht geringer Bedeutung ist die Tatsache, dass sowohl die Größe der Ladung selbst als auch die mechanischen Verschiebungen In einigen Fällen reichen sie für den direkten Einsatz ohne zusätzliche Verstärker aus.
Einige Anwendungsbereiche
Hier sind nur einige Beispiele für die piezoelektrische Technologie für den Masseneinsatz.
Das handgehaltene Piezo-Feuerzeug wurde bereits in den 70er Jahren in den Massenverkauf gebracht. letztes Jahrhundert. Die Elektrizität, die beim Drücken der Taste auf dem Kristall erscheint, gelangt zu den Elektroden, zwischen denen beim Entladen ein Funke springt und das Gas entzündet. Derzeit sind Gasherde mittlerer und älterer Modelle mit eingebauten Elementen ausgestattet (Abbildung 2).
Das Piezofilter ist in der Elektronik beliebt, da ein Piezokristall als mechanisches System eine sehr hohe Schwingungsleistung aufweist. Infolgedessen kann die Filterbandbreite erheblich reduziert und Signale effektiv voneinander getrennt werden.
Das Sonar verwendet einen Kristall als Emitter von Schallwellen und einen Signalempfänger. reflektiert von jedem Unterwasserhindernis (Boden, Fisch, Treibholz, U-Boot usw.), Bild 3.
Mikrobewegungen von Fokussierelementen von Fernsehkameras, elektronisch-mechanischen Schaltern von optischen Signalen und anderen Elementen. Vorteilhaft darin, dass sie direkt eine lineare Bewegung ohne Zwischenumwandlung vom Rotationsprozess erzeugen.
Handy-Summer, die einen Anruf im lautlosen Modus vibrieren lassen.
Piezoköpfe für Tintenstrahldrucker zur Steuerung des Aufbringens von Tinte auf Papier.