ピエゾ回路:詳細な概要

私たちは日々、未知の物理量を測定しなければならない状況に遭遇します。同様に、温度レベルまたは圧力レベル。そして、これらの未知の量を測定するには、そのような機能を備えたデバイスが必要になります。ありがたいことに、答えがあります。必要なのはピエゾ回路だけです。ピエゾ ブザーやピエゾ センサーなど、さまざまな用途向けにさまざまなタイプのピエゾ回路があります。ただし、この記事の焦点は圧電トランスデューサです。そのため、この記事では、ピエゾ回路とさまざまな種類のピエゾ回路について知っておく必要があるすべてを紹介します.さらに、変換プロジェクトの圧電トランスデューサーについて詳しく知りたい場合は、この記事も役に立ちます。

準備はできたか？始めましょう!

ピエゾ回路とは

デジタル回路

まず、圧電性とは何かを見てみましょう。簡単に言えば、圧電性は機械的圧力から生成される電気であり、圧電効果として知られているものを生み出します。

現在、ピエゾ回路はこの圧電効果を使用して、力、加速度、温度、圧力、または歪みの変化によって生成されたエネルギーを電荷に変換します。

トランスデューサという用語は、ある形態のエネルギーを別の形態に変えることができるすべてのものを含みます。したがって、圧電トランスデューサはトランスデューサの一種です。

それだけではありません。

圧電トランスデューサの感度は高いです。そのため、応答周波数が優れているため、センサーとして機能し、加速度計で機能することができます。

圧電トランスデューサはどのように機能しますか?

超音波トランスデューサのアイコン

前述のように、圧電トランスデューサは圧電原理に基づいて動作します。また、圧電材料 (この場合は水晶) は、その本体を覆う導電性材料 (銀) の薄い層を持っています。

水晶

さらに、水晶振動子は、規則的な結晶系 (SiO2) に配置されたシリコンと酸素の組み合わせです。

さらに、圧電結晶は電気的に中性で偏りがありません (均一でも対称でもありません)。

これらの結晶に存在する原子は秩序正しくありませんが、適度な電気的負荷があります。つまり、プラスの電荷がマイナスの電荷に対抗します。

さらに、水晶振動子には 1 つのユニークな機能があります。表面に圧力または機械的な力を加えると、電気極性が生成されます。

ピエゾ回路の詳細については、こちらの記事をご覧ください。

圧電トランスデューサの種類

圧電トランスデューサにはさまざまな種類があります。さらに、これらのタイプの圧電トランスデューサは、圧電結晶材料に従って分類できます。

セラミック圧電トランスデューサー

さて、さまざまな形状とサイズのセラミック圧電変換器を作成できます。このため、お客様またはお客様の特定の要件をいつでも満たすことができます。セラミック圧電変換器の主な構成要素は、主にチタン酸ジルコン酸鉛の組成物です。

ロッシェル塩圧電トランスデューサ

ロッシェル塩は、ピエゾ トランジスタで使用できるもう 1 つの材料です。さまざまな圧電材料の中で、ロッシェル塩は最も出力の高い材料です。

いくつかの欠点には、湿気の多い環境ではこの素材を使用できないことが含まれます.また、この材料は特定の温度 (摂氏 240 度) 以上で使用できます。

ただし、合成水晶は、電圧ピーク出力アプリケーション、特に感度に関しては、天然水晶よりも効果的です。

操作に基づく圧電トランスデューサ

動作周波数に応じて、圧電トランスデューサをメガソニック、ソニック、および超音波トランスデューサに分けることができます。これらの分類のそれぞれは、異なるデザインと機能を持っています。まず、2 kHz 未満の任意の可聴周波数レベルで音響トランスデューサを使用できます。

音響変換器の良い例は、ブザー変換器です。第二に、超音波トランスデューサの通常の動作周波数は 20 ～ 200 kHz です。最後に、メガソニック トランスデューサは MHz 周波数レベルで動作します。

超音波トランスデューサ

ピエゾ回路の例

他のピエゾ回路の例とその仕組みを次に示します:

3V 電源の大音量ビープ音

3V 電源の大きなビープ音の回路図

3V DC電源の圧電タイプのブザーから大きな音の強さを得るのは困難です。

しかし、この回路はそのような制限を回避し、強烈なサウンドを効率的に生成します。これは、電圧ブースト セクターと共振フィードバック ネットワークを組み合わせることによって実現されます。

したがって、圧電ウェハが受ける電圧は、ピーク間で約 40 ボルトです。最終的な結果は、多くの電流を消費することなく大きな音を生み出す回路です.

ピエゾ デバイスを使用したモーション アラーム

ピエゾ デバイスを使用したモーション アラーム

これは、手頃な価格で簡単に構築できる別のピエゾ回路です。この回路の結果は、あらゆるモーション アラームのモーション センシング デバイスとして使用できる圧電デバイスです。

クリック音発生器ピエゾ回路

クリック音発生器ピエゾ回路

クリック サウンド ジェネレーター回路は、コンピューター システムのボタンを押すたびに、可聴の「クリック」またはフィードバックを生成します。上記の両方の回路には、ロジック入力がローからハイに切り替わるたびに、これらのクリック音を生成する機能があります。

ピエゾタイプの音源は低消費電力で、センサーレベルの表示を提供します。また、1 秒あたりのクリック数を制御することもできます。

圧電タップ スイッチ

圧電タップ スイッチ回路

これは、圧電ウエハーを利用した別のピエゾ回路です。また、このウェーハをプラスチック製の箱の中に固定して、指タップ センサーとして機能させることもできます。したがって、ウェーハが入っているボックスをタップすると、外部デバイスの電源 (AC または DC) がオン/オフされます。

さらに、9v バッテリがこの回路に電力を供給し、単一の 10 アンペア接点定格シングルコイル リレー (5V) を駆動します。このリレーを使用すると、AC 電源または DC 電源を切り替えることができます。また、回路をスタンバイ モードにすると、最小限の 1ua の電流が流れます。

ピエゾ タップ スイッチ回路用のプラスチック ボックス

圧電トランスデューサ:さまざまな種類の動作モード

圧電トランスデューサには、圧電材料をどのようにスライスするかによって、3 つの主な動作モードがあります。それらには、横方向、縦方向、およびせん断動作モードが含まれます。

横モードの場合。主軸「Y」に圧力を加えて荷重を発生させることができます。次に、圧力線から 90 度の角度で「X」方向に向かって移動します。この時点で、電荷は圧電材料の形状に依存します。

縦モードの場合、生成される荷重は適用する力によって異なります。横効果とは対照的に、縦モードの負荷は圧電材料の形状やサイズに依存しません。

最後に、せん断モードは縦効果に似ています。加えた力に基づいて負荷を生成し、圧電コンポーネントの形状にも依存しません。

圧電トランスデューサの用途

圧電トランスデューサのいくつかのアプリケーションを次に示します。

• 自動車、近接センサー、レベル センサー

自動車用途

• モーション ディテクターやオブジェクト ディテクターなどの住宅用製品
• おもちゃ、リモコン、ゲームなどの通常の電子機器内

リモコン

• 自動車用途で爆発を計算する
• 自動ドアのある空港やレストラン

圧電トランスデューサの利点と制限

圧電トランスデューサの利点と制限の一部を次に示します

利点

• 自己生成トランスデューサーです
• 幅広い用途に最適
• サーキットでの使用と取り扱いが簡単

制限

• 温度などの環境条件の影響を受けやすい
• 静的アプリケーションを測定できない
• 圧電材料に必要な形状と強度を簡単に得ることはできません
• 一部のアプリケーションで出力電圧が低い場合がある

まとめ

圧電回路は、さまざまなアプリケーションで機能するユニークな回路です。圧電変換器は、他のセンサー デバイスではほとんど見られない独自の機能を提供するこれらの回路の 1 つです。

圧電変換器にはいくつかの長所と短所がありますが、これはアプリケーションによって異なります。最後に、選択または購入する前に、圧電トランスデューサの性能を綿密に評価してください。

これで、この記事は終わりです。さらにご不明な点がございましたら、お気軽にお問い合わせください。ご連絡をお待ちしております。