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NINGBO SANCO ELECTRONICS CO., LTD.

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Técnico
A tecnologia e a operação do sensor piezoelétrico PRINCÍPIOS BÁSICOS Um elemento piezoelétrico de cerâmica é um corpo sinterizado de muitos cristais (policristais). A distorção deste cristal ocorre quando uma tensão é aplicada ao elemento, seja termicamente, mecanicamente ou eletricamente. Essas distorções criam muitos usos possíveis, incluindo aplicações de alarme e sensor.

Ao usar elementos piezoelétricos na saída sonora de uma aplicação, uma placa de metal é conectada ao elemento cerâmico porque a frequência ressonante da cerâmica é muito alta para produzir um tom audível por si só. Esta placa de metal vibra como mostrado na Fig. 1 devido à contração e expansão da cerâmica piezo, e um sinal sonoro é produzido.

CARACTERÍSTICAS DE IMPEDÂNCIA O circuito equivalente para elementos piezoelétricos é mostrado na Fig. 3. A ressonância mecânica do elemento é mostrada por R, L, C, onde L e C determinam a frequência de ressonância (Fig. 3). 6dklprf0 Como o capacitor shunt é maior que a combinação em série, a impedância total é capacitiva. xjjk0kac MODOS DE VIBRAÇÃO E MÉTODOS DE APOIO PARA O ELEMENTO DE SOM É possível criar três modos principais de vibração no elemento, dependendo do estilo de montagem. Isso é ilustrado na Fig. 2 Suporte de nó de MONTAGEM (1) O elemento de som mostrado na Fig. 2 (a) é montado no nó, permitindo que vibre em um estado livre. O nó, uma circunferência em que não ocorre vibração, é criado como mostra a linha quebrada na Fig. 1. A montagem no nó causa a menor supressão mecânica da vibração, permitindo a maior amplitude. Portanto, este método de montagem, como ilustrado na Figura 5 (a), fornece a saída de pressão sonora mais alta e a frequência de oscilação mais estável das três opções. Como resultado, esse é o projeto mais apropriado para aplicações de auto-acionamento de alta saída. (2) Suporte de Borda A Fig. 2 (b) mostra o modo de vibração quando o elemento sonoro é apoiado nas bordas. Nesta configuração de montagem, toda a placa de som vibra para cima e para baixo, como é ilustrado pela linha tracejada no diagrama. Portanto, o método de borda, como ilustrado na Fig. 5 (b), suprime a frequência ressonante fundamental movendo o nó. Isso oferece a possibilidade de uma ampla resposta de frequência e é mais vantajoso com o drive externo. (3) Suporte central A Fig. 2 (c) mostra o modo de vibração quando o elemento sonoro é suportado no centro. Como a área principal de vibração é suportada com força, grandes níveis de pressão sonora não são possíveis quando esse método é usado. Isso também é apropriado para a unidade externa, mas devido a dificuldades de projeto, o suporte do centro não é útil como alarme. CONSIERAÇÕES DE CONCEPÇÃO DE CIRCUITO 1. Onda de Condução
Os elementos piezoelétricos podem ser acionados por onda senoidal, pulsada ou quadrada, dependendo da aplicação específica. Se uma onda senoidal for usada, o dispositivo operará em uma frequência menor que a frequência ressonante (Fo) com um nível de pressão sonora mais baixo. A razão para isso é a perda de energia, através do intervalo de tempo entre as deflexões de pico, como mostrado na Fig. 7. É importante que um sinal sinusoidal limpo seja fornecido, pois qualquer corte da forma de onda pode resultar em instabilidade da frequência. Se ondas quadradas ou ondas pulsadas forem usadas para acionar os elementos, será obtida uma saída acústica mais alta, juntamente com um aumento nos níveis harmônicos. Um capacitor paralelo pode reduzir esses harmônicos. Freqüência de condução
Para saída máxima, deve-se usar uma frequência entre 500Hz e 4KHZ, conforme recomendado pela parte específica escolhida.

3. Precaução DC
Para evitar a despolarização dos elementos cerâmicos, é necessário que sejam tomadas todas as precauções para evitar que sejam submetidos a corrente contínua.

4. Precauções de alta tensão
Tensões superiores às recomendadas pelas especificações podem danificar a cerâmica, mesmo se aplicada por breves períodos. Devido à força do efeito piezoelétrico, a alta tensão pode fazer com que os cristais quebrem as ligações sinterizadas, resultando em danos permanentes. Níveis de pressão sonora significativamente mais altos não serão alcançados por tensões superiores às recomendadas pela especificação.

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5. Aplicações da bobina de reforço:
Ao usar uma bobina de reforço, não exceda as recomendações de tensão, pois a bobina aquece, passando muita corrente para o transistor.

6. Choque:
O impacto mecânico em campainhas ou elementos pode gerar altas tensões que podem prejudicar seriamente os circuitos do inversor. A proteção adequada do diodo é aconselhável em aplicações onde é possível choque mecânico. Diodo Zener mostrado como Figura 7a; Díodo de Schottky mostrado na Figura 7b.

7. Cola de montagem:
A aplicação adequada da cola de montagem é necessária para produzir níveis adequados de pressão sonora.

8. Projeto do Caso Ressonante:
Quando um elemento é suportado e não tem caixa, o nível de pressão sonora é pequeno. Isso ocorre porque a impedância acústica dos elementos não corresponde à de qualquer carga ao ar livre.
No entanto, construindo um caso ressonante, a impedância acústica do elemento e o ar envolvido podem ser comparados. Este gabinete pode ser projetado usando o seguinte
(Equação de Helmholtz)

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fo = Frequência ressonante da cavidade (Hz) c = Velocidade do som 34,4 x cm / s @ 24
a = Raio do orifício emissor de som (cm) d = Diâmetro do suporte
h = Altura da cavidade (cm)
t = espessura da cavidade
k = Constante = ~ 1,3

9. Capacitância eletrostática
É necessário combinar a impedância de saída do oscilador com a impedância do transdutor para obter o nível máximo de pressão sonora do transdutor. A capacitância eletrostática real pode ser calculada a partir da seguinte fórmula.

C = 8c6vpeco pF
D = Diâmetro do eletrodo (cm)
t = espessura da cerâmica (cm)

10. Recomendações de solda
O local desejado para soldar os fios de um elemento é o ponto mais próximo da borda da superfície de prata. O local desejado para soldar um eletrodo na placa de metal é a área entre a extremidade da placa e o final da cerâmica.
Abaixo estão as condições para solda.

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