脈沖反射模式超聲波設(shè)備用于機(jī)器人技術(shù)、運(yùn)輸工具安全及控制系統(tǒng)、物體識(shí)別系統(tǒng)以及其它遠(yuǎn)距離測(cè)距設(shè)備。傳感器在目標(biāo)方向上提供高分辨率,并通過測(cè)量從發(fā)射到接收所經(jīng)時(shí)間來確定到物體的距離。不象壓電陶瓷和靜電感應(yīng)器件那樣,壓電薄膜能夠發(fā)出極短的脈沖(因它有較低的品質(zhì)因數(shù)),使得同一器件既可用作發(fā)射器也可用作接收器,甚至在傳感器近場(chǎng)。
很容易制做多個(gè)壓電薄膜單元,如圖62。為,可以通過設(shè)計(jì)這些圓柱形單元(長(zhǎng)度、彎曲半徑、單元數(shù)目)的幾何形狀控制方向性模式和聲音特性。已制出了工作頻率為40~200KHz的傳感器。ElotechGmbH報(bào)告指出在1米處,傳感器靈敏度的平均值在接收模式時(shí)(噪聲小于1uV)為0.2~1mV/Pa,發(fā)射模式時(shí)為20~50mPa/V。脈沖反射模式下的最小測(cè)量距離是30毫米。主波束的寬度小于10度且
最大單邊波瓣振幅在60KHz處下降12Db時(shí)可
測(cè)量到15米的距離。單個(gè)和多個(gè)單元傳感器
方向性模式的例子示于圖63。
多個(gè)單元也可用于掃描物體而無須移動(dòng)傳感器。傳感器內(nèi)的每個(gè)單元可被順序激活,就象超聲波陣列那樣。
這些超聲波空氣測(cè)距單元的應(yīng)用包括卡車和農(nóng)機(jī)具運(yùn)輸安全系統(tǒng)的警報(bào)設(shè)備,和高速公路交通密度的監(jiān)視系統(tǒng)。壓電薄膜傳感器陣列的另一極端應(yīng)用是測(cè)量現(xiàn)代飛機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)的間隙尺寸以改進(jìn)疊層間的配合。壓電薄膜陣列已制成并通過測(cè)試可測(cè)出空氣間隙,在厚達(dá)5cm的厚度上分辨率可達(dá)25um。這些有發(fā)射器和接收單元在2.5cm中心上30X30cm陣列的工作頻率為3.5MHz。
音響
揚(yáng)聲器
壓電薄膜最早的應(yīng)用之一是先鋒電子公司開發(fā)的立體聲高頻揚(yáng)聲器(圖64)和頭戴式耳機(jī)。由于在電極可靠性和引線連接及封裝技術(shù)方面進(jìn)行了改進(jìn),在這些應(yīng)用方面又有了更強(qiáng)烈的興趣。GalloAcoustics開發(fā)了一種52um厚的壓電薄膜圓柱體的高保真全向高頻揚(yáng)聲器,該高頻揚(yáng)聲器在2kHz以下衰減,特性如下:
高頻時(shí)水平方向發(fā)散角為330度,是常規(guī)高頻揚(yáng)聲器的10倍。
極寬的動(dòng)態(tài)范圍。
線性頻率響應(yīng)
極快的輸入脈沖響應(yīng),真實(shí)再現(xiàn)高頻部分。
已開發(fā)出新型的高頻揚(yáng)聲器。這些設(shè)備利用了壓電薄膜的薄、輕、一致的自然特性。實(shí)例包括用于吹制件(如氣球和吹氣玩具)的揚(yáng)聲器,服飾揚(yáng)聲器(包括頭戴聽筒)以及用于雜志廣告、賀卡和郵寄品的薄膜揚(yáng)聲器。
麥克風(fēng)
將壓電薄膜固定在保持環(huán)上或裝在一底盤孔上可制成優(yōu)質(zhì)的麥克風(fēng)。在設(shè)計(jì)中采用支撐使壓電薄膜稍微偏離中軸線,用泡沫襯墊、小支柱、撐條或類似結(jié)構(gòu)使壓電薄膜有輕微的曲率半徑。薄膜的自支撐圓柱曲面也可產(chǎn)生偏置,但通常不這樣用。使麥克風(fēng)靈敏度和電聲效果最佳的典型壓電薄膜曲率半徑為Ro=25mm,與靜電麥克風(fēng)結(jié)構(gòu)類似。
Sennheiser報(bào)告了Ro=25mm時(shí),典型的25mm直徑泡抹襯墊壓電薄膜麥克風(fēng)的頻率響應(yīng)。對(duì)垂直于薄膜方向的聲壓入射,在1KHz時(shí)測(cè)得的器件自由場(chǎng)靈敏度在1V/Pa時(shí)為~58dB。聲壓級(jí)超過122dB時(shí)諧波失真僅不到1%,且在更高頻率范圍時(shí)沒有顯著升高。
壓電薄膜制作的麥克風(fēng)成本低,但更重要的是固有的防潮性,這是與靜電型麥克風(fēng)不同的。
靜電麥克風(fēng)占有市場(chǎng)是因?yàn)橥ㄟ^極大批量的生產(chǎn)而獲得低成本。盡管如此,壓電薄膜麥克風(fēng)正在尋找那些在設(shè)計(jì)中環(huán)境穩(wěn)定性是關(guān)鍵點(diǎn)的應(yīng)用。防水麥克風(fēng)已開始供應(yīng)潛水員,經(jīng)得住完全浸泡在鹽水中而不損壞。
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