為了適應(yīng)各種不同的用途和要求,國(guó)內(nèi)外對(duì)PZT陶瓷進(jìn)行了廣泛的摻雜改性研究.PZT壓電陶瓷的摻雜改性主要有以下幾個(gè)方面:
.1 軟性摻雜 這種摻雜是指La3+、Bi3+、Nb5+、W6+等離子分別置換Pb2+或(Zr,Ti)4+等離子,在晶格中形成一定量的正離子缺位(主要是A位),由此導(dǎo)致晶粒內(nèi)疇壁容易移動(dòng),結(jié)果使矯頑場(chǎng)降低,使陶瓷的極化變得容易,白色壓電陶瓷片,因而相應(yīng)地提高了壓電性能.但空位的存在增加了陶瓷內(nèi)部的彈性波的衰減,引起機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm和電氣品質(zhì)因數(shù)Qe的降低,但其介電損耗增大,因而這類摻雜的PZT壓電陶瓷通常稱為“軟性”PZT壓電陶瓷,適于制備高靈敏度
.2 硬性摻雜 這類摻雜與離子軟性摻雜的作用相反:離子置換后在晶格中形成一定量的負(fù)離子(氧位)缺位,壓電陶瓷片生產(chǎn)工廠,因而導(dǎo)致晶胞收縮,壓電陶瓷片批量定制,抑制疇壁運(yùn)動(dòng),降低離子擴(kuò)散速度,矯頑電場(chǎng)增加,從而使極化變得很困難,壓電性能降低,Qm和Qe變大,介電損耗減少.具有這類摻雜物的PZT壓電陶瓷稱為“硬性”PZT壓電陶瓷,的傳感器元件.這類摻雜報(bào)道較多的是La3+和Nb5+[其中可能會(huì)出現(xiàn)幾種誤差:
當(dāng)被測(cè)物體與傳感器成一定角度的時(shí)候,所探測(cè)的距離和實(shí)際距離有個(gè)三角誤差。
這個(gè)問題和高中物理中所學(xué)的光的反射是一樣的。在特定的角度下,壓電陶瓷片聯(lián)系方式,發(fā)出的聲波被光滑的物體鏡面反射出去,因此無法產(chǎn)生回波,也就無法產(chǎn)生距離讀數(shù)。這時(shí)超聲波傳感器會(huì)忽視這個(gè)物體的存在。
這種現(xiàn)象在探測(cè)墻角或者類似結(jié)構(gòu)的物體時(shí)比較常見。聲波經(jīng)過多次反彈才被傳感器接收到,因此實(shí)際的探測(cè)值并不是真實(shí)的距離值。
這些問題可以通過使用多個(gè)按照一定角度排列的超聲波圈來解決。通過探測(cè)多個(gè)超聲波的返回值,用來篩選出正確的讀數(shù)。
盲區(qū)
直接反射式超聲波傳感器不能可靠檢測(cè)位于超聲波換能器前段的部分物體。由此,超聲波換能器與檢測(cè)范圍起點(diǎn)之間的區(qū)域被稱為盲區(qū)。傳感器在這個(gè)區(qū)域內(nèi)必須保持不被阻擋。
溫濕度
空氣溫度與濕度會(huì)影響聲波的行程時(shí)間??諝鉁囟让可仙?0oC,檢測(cè)距離至多增加3.5%。在相對(duì)干燥的空氣條件下,濕度的增加將導(dǎo)致聲速增加2%。
空氣壓力
常規(guī)情況下大氣變化±5%(選一固定參考點(diǎn))將導(dǎo)致檢測(cè)范圍變化±0.6%。大多數(shù)情況下,傳感器在5Bar壓力下使用沒有問題。
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