収縮装置にPiezo音響のトランスデューサーを絞る方法

学ぶ何を:

• 圧電気の技術の広い適用。
• 装置を小型化する傾向設計技師のための精密現在の挑戦をなぜ保っている間。
• multiphysicsのソフトウエア ツールが圧電気の音響のトランスデューサーの設計の固有のmultiphysicsの挑戦にいかに演説できるか。

消費者媒体装置までから医学の診察道具防衛関連のソナーの塗布まで及ぶ電子プロダクトの増加する小型化そして洗練は実用性の奨励金を示し、のために消費者および設計技師のための進行中の挑戦楽になる。これらの両方に共通の表面上は全く異種プロダクト（/モバイル機器のスピーカー、ある特定の非侵襲的な医療機器およびソナー配列可聴周波）分け前は圧電気のトランスデューサーの信頼音響信号を発生させ、受け取る。

圧電気材料は電気エネルギーに力学的エネルギーを逆の場合も同じ変える機能のための20世紀の前半以来評価されていた。但し可能小さいエネルギーとして利用している間、21世紀な技術の要求これらの同じ材料より小さく、小さいパッケージ、すべて内のより健全かより精密な頻度を作り出すため。

圧電気含んでいる装置の設計の挑戦は電気、振動および音響効果の合流による実際のところ本来multiphysicsである。従って、デザイナーはプロダクト内の多数の物理学を計算できる用具を持たなければならない。

圧電気の物質的な概観

圧電気材料は機械圧力による電気を作り出すことができる圧縮のような材料である。これらの材料はまた電圧（電気）がいつ適用されるか変形できる。典型的なpiezoceramic材料は、かどうか非導電陶磁器か水晶、2ヵの金属板の間に置かれる。

圧電気を発生させるためには、材料は圧縮されるか、または絞られなければならない。圧電気の陶磁器材料に適用される機械圧力は電気を発生させる。反対の圧電効果と言われる圧電効果は逆転させることができる。これは圧電気水晶収縮をするか、または拡大するために電気電圧の適用によって作成される。反対の圧電効果は力学的エネルギーに電気エネルギーを変える。

圧電気材料は毎日プロダクトの意外な配列にある。「かちりと言う音および炎」のライターのボタンを押す生命に跳躍する炎は火花を作り出す圧電気材料の圧縮によって存在に助けられた。

今度は、私達をより小さい装置内の高められた出力のための必要性による設計技師のための挑戦の多くを示す他のあるプロダクトを見ることを許可しなさい。

Micsおよびスピーカー

圧電気材料は音響効果で広く使用される。マイクロフォンは出て行く増幅された音を作成するために処理される信号に入って来る音波を変える圧電気水晶を含んでいる。携帯電話および他のモバイル機器の内のそれらのような小さいスピーカーは、また圧電気水晶によって、運転される。装置の電池は音を発声する頻度で水晶を振動させる。

ここの挑戦は小型パッケージ内の非常高質の音を発声できるそして装置の電池のあまりを流出させないである圧電気のトランスデューサーを設計することに。

医療機器

補聴器のような非侵襲的な医療機器はまた操作の部分のためのpiezoelectricsに頼る。従って、余りに、圧電気材料の主要な適用である超音波の技術をする。

超音波学では身体のティッシュを突き通せる高周波音の波を作成するために、圧電気材料は充電される（1.5そして8つのMHz間で）。波が立ち直ると同時に、圧電気水晶はイメージに転換のための超音波機械にそれを送り返す電気エネルギーに受け取られた力学的エネルギーを変える。

調和的なメスのような他の医療機器は圧電気外科の間にティッシュを切り、焼灼するのに材料の振動の特性を利用する。装置内の圧電気水晶は同時に切れ、焼灼するのに必要とされる運動エネルギーおよび熱エネルギーを両方発生させる。

超音波設計挑戦は超音波で使用される非常に精密な頻度を作成するために圧電気の部品の正しい形そして物質的な構成を定める必要性に焦点を合わせる。そして、調和的なメスの例で、設計は装置の振動の応答に対する暖房の効果を説明しなければならない。

ソナー

多分圧電気の技術の最も広く、長年の使用はソナーの塗布の内で見つけることができる。第1次世界大戦の間に、ソナーは圧電気の最初の商用アプリケーションであり、使用は2つの世界大戦の間で期間に急騰した。

今日、軍隊、商業漁師が、そして多数で使用するそれらを含むすべてのソナー ベースのシステムは、他の海洋の適用、音波を発生させ、受け取るのにpiezo含んでいるトランスデューサーをに利用する。

それは空気が複雑な設計の挑戦の自身のセットを示すことができるよりもむしろようで水を通して簡単、音の伝播のためのトランスデューサーを設計する。これらの適用は頻繁に圧電気装置が探索可能なレベルの下で減少しないで長い間隔を広める強力な信号を発生させるように要求する。

新しい使用

圧電気材料の出現の適用はエネルギー収穫の技術の内にある。piezo材料の独特な特性のために、それらは振動を要求するか、または作り出すあらゆる適用で首尾よく使用することができる。

収穫するエネルギーでは外因性の振動は電気エネルギーに変えられる圧電気材料に機械緊張を作り出す。そのpiezo作成されたエネルギーが装置またはシステムの他の部品に動力を与えるのにそれから使用することができる。

電池独立したタイヤ圧力監視システム（TPMS）は1つのそのような例を表す。車のタイヤが回ると同時に、力学的エネルギーは作り出される。piezo含んでいるセンサーはエネルギーが、それを貯える収穫し、運転者の表示パネルに信号をこと送る。ずっとTPMSsは歴史的に電池式であるが、環境に優しい電池の代わりの増加する興味は圧電気材料のエネルギー収穫の潜在性の新しい焦点をもたらした。

古い発見、現代挑戦

圧電気材料が世紀の間利用されたが、より小さく、より複雑なプロダクト内の適用のための現在の必要性は設計技師のための挑戦を示す。正しい材料を選び、右の水晶形を設計することはプロトタイプの機能性にとって極めて重要である。

Piezosに非常に絡み合う、および物質的な構成の問題がある非常に複雑で物質的な特性。同様に圧電気水晶の形が正しい共振周波数を作り出さなければ、装置は働かない。そして、「観測者効果の優雅なlockstepで」、の圧電気水晶のまさに帯電はまたより多くの電気を作り出している間形を変形させる。

それは長い造りテスト プロトタイプ プロセスにかかわる当て推量を除去する設計解決のために叫ぶ非常に複雑なフィードバック ループである。

シミュレーションの問題なぜ

シミュレーションは非直線性を取扱うとき有用常にである。それは余りにも多くの未知数の中の建物そしてテストの割の悪く、（頻繁にbudgetarily不可能な）仕事からデザイナーを防ぐ。電気音響変換器を、電気エネルギー考慮するとき、力学的エネルギーおよび音響効果の独特な組合せは明らかに非線形、および実際のところ本来multiphysicsである。

Multiphysicsのシミュレーションは用具をそれらが作動条件内の装置設計を模倣することを可能にすることによってプロダクトをもっと効果的に開発するために設計技師に与えることができる。さらに、これらのシミュレーションは制御回路からの圧電気のトランスデューサー周囲の音響の環境にに全体の生態系を含むかもしれない。Multiphysicsのシミュレーションは要因をのような考慮に入れる:

• 機械および電気応答の構成する同等化
• 圧電気の物質的な特性のPolingの方向
• 境界条件
• 構造機械工/振動の暖房

洗練された消費者の要求に応じるために圧電気依存した装置がより小さく、より複雑に（それらの個人または企業であるため）なると同時に、設計技師はプロダクト内の多数の物理学を計算する用具を持たなければならない。Multiphysicsのシミュレーション用具は複雑な設計挑戦に明快さおよび方向を提供できる。

シミュレーションを用いる設計の圧電気の音響のトランスデューサーの監視によってwebinar圧電気の技術についての詳細を調べることができる。