压电陶瓷蜂鸣片工作原理
压电蜂鸣片声音元件的声源主要来自压电振动板。压电振动板由一块两面印刷有电极的压电陶瓷板和一块金属板(黄铜或不锈钢等)组成。 使用粘合剂,将压电振动板和金属片粘接在一起,这就是我们俗称的蜂鸣片。
图2所示为压电振动板的振荡体系。 当在压电振动板的两个电极间施加直流电压时,由于压电效应,导致机械变形。对于形状扭曲的压电元件,其变形以辐射方向伸展。
压电振动板则沿图2(a)所示方向弯曲,而粘结于压电振动板的金属片不会伸展。相反,当压电元件收缩时,压电振动板则会沿图2(b)所示方向弯曲。因此,当交流电压穿过电极时,如图2(c)所示,图2(a)和图2(b)所示之弯曲就会交替重复发生,从而在空气中产生声波。
蜂鸣片一般而言,人的声频范围大约在20Hz到20kHz之间。人们最易听到的声频为2kHz到4kHz。因此,绝大部分压电声音元件应用在此声频范围内。
蜂鸣片一般而言,人的声频范围大约在20Hz到20kHz之间。人们最易听到的声频为2kHz到4kHz。因此,绝大部分压电声音元件应用在此声频范围内。同时,蜂鸣片谐振频率(f0)一般也选定在相同的范围内。如图3所示,谐振频率取决于支承压电振动板所采用的方法。如果压电振动板的形状相同,其数值将按照(a)、(b)和(c)的顺序变小。
通常情况下,压电振动板被安装在共鸣腔室内,以产生高声压(如图4)。利用公式(1)(赫尔姆霍茨公式),可以计算出图4中共鸣腔室的谐振频率(fcav)。由于压电振动板和共鸣腔室具有适当的谐振频率,分别为(f0)和(fcav),因此,可以通过控制两者的位置来增大特定频率下的声压和获得特定的带宽。
压电就是利用输出一定频率的压电方波给里面的压电片或者蜂鸣片,让其产生振动,再固定在塑胶腔体,或者铝壳等腔体里面,从而发出一般分贝在80~100之间的报警声。
要做压电蜂鸣器首先要制作蜂鸣片,蜂鸣片一般是铜片钢片,再贴上一层陶瓷片,在陶瓷片上印上一层银浆,通过烘干极化达到一定的频率标准,
压电效应:某些电介质(如日本富士压电陶瓷片)在沿一定方向上受到外力的作用而变形时,其内部会产生极化现象,同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后,它又会恢复到不带电的状态,这种力-电转换的现象称为正压电效应。
压电陶瓷进行极化处理主要是工艺上的问题:包括油浴极化法、空气极化法、空气高温极化方法等。这和使用没有关系,不必要深究。
下图是可以非标定制的压电陶瓷片
压电效应的原理是,如果对压电材料施加压力,它便会产生电位差(称之为正压电效应),反之施加电压,则产生机械应力(称为逆压电效应)。
如果压力是一种高频震动,则产生的就是高频电流。而高频电信号加在压电陶瓷上时,则产生高频声信号(机械震动),这就是我们平常所说的超声波信号。也就是说,压电陶瓷具有 机械能与电能之间的转换和逆转换的功能,这种相互对应的关系确实非常有意思。
压电材料可以因机械变形产生电场,也可以因电场作用产生机械变形,这种固有的机-电耦合效应使得压电材料在工程中得到了广泛的应用。
例如,压电材料已被用来制作智能结构,此类结构除具有自承载能力外,还具有自诊断性、自适应性和自修复性等功能,在未来的飞行器设计中占有重要的地位。
压电效应可分为 正压电效应和 逆压电效应。
正压电:是指当晶体受到某固定方向外力的作用时,内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷;当外力撤去后,晶体又恢复到不带电的状态;
当外力作用方向改变时,电荷的极性也随之改变;晶体受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。 压电式传感器大多是利用正压电效应制成的。
逆压电:是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象。用逆压电效应制造的变送器可用于电声和超声工程。压电敏感元件的受力变形有厚度变形型、 长度变形型、体积变形型、厚度 切变型、平面切变型5种基本形式。
压电晶体是各向异性的,并非所有晶体都能在这5种状态下产生压电效应。例如石英晶体就没有体积变形压电效应,但具有良好的厚度变形和长度变形压电效应。
压电式蜂鸣器的结构图
压电蜂鸣片是将高压极压化后的压电陶瓷片黏贴于振动金属片上。当加入交流电压后,会因为压电效应而产生机械变形延长及收缩,利用此特性使金属片振动而发出声音。