方片压电陶瓷-压电陶瓷-(查看)

为了适应各种不同的用途和要求，国内外对PZT陶瓷进行了广泛的掺杂改性研究.PZT压电陶瓷的掺杂改性主要有以下几个方面:

.1　软性掺杂　这种掺杂是指La3+、Bi3+、Nb5+、W6+等高价离子分别置换Pb2+或(Zr，Ti)4+等离子，压电陶瓷，在晶格中形成一定量的正离子缺位(主要是A位)，由此导致晶粒内畴壁*移动，结果使矫顽场降低，使陶瓷的较化变得*，因而相应地提高了压电性能.但空位的存在增加了陶瓷内部的弹性波的衰减，引起机械品质因数Qm和电气品质因数Qe的降低，但其介电损耗增大，因而这类掺杂的PZT压电陶瓷通常称为“软性”PZT压电陶瓷，适于制备高灵敏度

.2　硬性掺杂　这类掺杂与高价离子软性掺杂的作用相反:离子置换后在晶格中形成一定量的负离子(氧位)缺位，因而导致晶胞收缩，抑制畴壁运动，降低离子扩散速度，矫顽电场增加，从而使较化变得很困难，压电性能降低，Qm和Qe变大，介电损耗减少.具有这类掺杂物的PZT压电陶瓷称为“硬性”PZT压电陶瓷，的传感器元件.这类掺杂报道较多的是La3+和Nb5+[

其中可能会出现几种误差：

当被测物体与传感器成一定角度的时候，所探测的距离和实际距离有个三角误差。

这个问题和高中物理中所学的光的反射是一样的。在特定的角度下，方片压电陶瓷，发出的声波被光滑的物体镜面反射出去，因此无法产生回波，也就无法产生距离读数。这时超声波传感器会忽视这个物体的存在。

这种现象在探测墙角或者类似结构的物体时比较常见。声波经过多次反弹才被传感器接收到，球冠压电陶瓷，因此实际的探测值并不是真实的距离值。

这些问题可以通过使用多个按照一定角度排列的超声波圈来解决。通过探测多个超声波的返回值，用来筛选出正确的读数。

系统采用的超声波传感器的工作频率为40kHz左右。由发射传感器发出超声波脉冲，传到液面经反射后返回接收传感器，测出超声波脉冲从发射到接收到所需的时间，根据媒质中的声速，就能得到从传感器到液面之间的距离，从而确定液面。考虑到环境温度对超声波传播速度的影响，长条压电陶瓷，通过温度补偿的方法对传播速度予以校正，以提高测量精度。计算公式为：

V=331.5+0.607T （1）

式中：V为超声波在空气中传播速度；T为环境温度。

S=V ×t/2=V×（t1－t0）/2 （2）

式中：S为被测距离；t为发射超声脉冲与接收其回波的时间差；t1为超声回波接收时刻；t0为超声脉冲发射时刻。利用MCU的捕获功能可以很方便地测量t0时刻和t1时刻，根据以上公式，用软件编程即可得到被测距离S。由于本系统的MCU选用了具有SOC特点的混合信号处理器，其内部集成了温度传感器，因此可利用软件很方便的实现对传感器的温度补偿。