Dlaczego warto stosować przetworniki ultradźwiękowe?

Przetworniki ultradźwiękowe dużej mocy (takie jak przetworniki FUNSONIC) są szeroko stosowane w przemyśle ultradźwiękowym. Wysokiej jakości ceramika piezoelektryczna generuje fale ultradźwiękowe wewnątrz przetwornika, które są wzmacniane do maksymalnej częstotliwości urządzenia i wywołują drgania w ośrodku docelowym.

Umiejscowienie stosu ceramiki piezoelektrycznej jest kluczowym elementem optymalizacji konstrukcji przetwornika. Ceramika piezoelektryczna należy do grupy materiałów elektroceramicznych, obejmujących właściwości elektryczne, mechaniczne i magnetyczne. Przetworniki ultradźwiękowe przetwarzają energię elektryczną na energię mechaniczną; zakres ich działania obejmuje częstotliwości od prądu stałego do wielu megaherców. W przypadku emisji ultradźwięków (częstotliwości powyżej zakresu słyszalności ludzkiej) przetworniki ultradźwiękowe działają rezonansowo, a typowe częstotliwości rezonansowe mieszczą się w zakresie od 200 kHz do 10 MHz. Piezoelektryczne przetworniki ultradźwiękowe potrafią wychwycić nawet najmniejsze wahania naprężeń i przekształcić je w sygnały elektryczne.

Do czego służą przetworniki ultradźwiękowe?

Przetwornik ultradźwiękowy (czujnik) to urządzenie służące do przekształcania napięcia elektrycznego na napięcie mechaniczne i odwrotnie. Jednym z najczęściej stosowanych przetworników – cewką drgającą – jest cewka drgająca, stosowana w głośnikach niskotonowych i większości innych głośników. Napięcie elektryczne jest przekształcane w ruch mechaniczny, który z kolei jest przekształcany w fale dźwiękowe. Przykładami zastosowań przetworników ultradźwiękowych są myjki ultradźwiękowe, ultradźwiękowe rozpylacze rozpylające i sondy ultradźwiękowe. Zastosowania te obejmują, ale nie ograniczają się do, przemysł naukowy, automatykę przemysłową, rolnictwo i hodowlę zwierząt, ochronę środowiska oraz wojsko. Każdy czujnik parkowania wykorzystuje piezoelektryczny przetwornik ultradźwiękowy do pomiaru odległości; z kolei piezoelektryczne przetworniki ultradźwiękowe są często wykorzystywane do ostrzegania operatorów o ograniczeniach za pomocą brzęczenia.

Dlaczego warto stosować przetworniki ultradźwiękowe?

Przetworniki ultradźwiękowe oferują szereg zalet w porównaniu z innymi typami przetworników. Opierają się one w całości na półprzewodnikowych materiałach piezoelektrycznych, zazwyczaj wytwarzanych głównie z ceramiki piezoelektrycznej, które zmieniają kształt pod wpływem przyłożonego napięcia. Zjawisko to nazywane jest odwrotnym efektem piezoelektrycznym. Z kolei, gdy przetwornik piezoelektryczny jest poddawany naprężeniom mechanicznym, generuje on ładunek elektryczny, znany również jako bezpośredni efekt piezoelektryczny. To oddziaływanie piezoelektryczne zostało po raz pierwszy zaobserwowane przez braci Curie ponad sto lat temu. Te piezoelektryczne przetworniki ultradźwiękowe są powszechnie stosowane w echolokacji sonarowej, czujnikach odległości, czujnikach przepływu, czujnikach temperatury i innych. Przetworniki ultradźwiękowe działają w trybie nadawczym i odbiorczym, mierząc czas lub moc sygnału i przekształcając ją w pomiar. Do zalet piezoelektrycznych przetworników ultradźwiękowych należą: niewielkie rozmiary, wytrzymałość, wszechstronność pod względem wielkości, kształtu i formy, brak konieczności konserwacji, długa żywotność oraz łatwość obsługi.