Was sind typische Ausfallarten von piezoelektrischen Wandlern?

Wie versagen piezoelektrische Wandler in Ultraschallsonden? Ich habe eine Maschine, deren Elemente von einem sehr lauten Verstärker angesteuert werden. Das Signal, das ich vom Leistungsverstärker ankommen sehe, hat weißes Rauschen und auch eine Knall-/Klick-Charakteristik.

Ich habe mich gefragt, ob das Antreiben eines Elements außerhalb seiner Resonanzfrequenz es beschädigen würde. Wenn die Resonanzfrequenz 5 MHz beträgt und Sie sie mit 8 MHz ansteuern, kann dies im Prinzip zu Schäden führen? Was ist, wenn es mehrere Frequenzen wie bei weißem Rauschen gibt ... wenn Sie ein Element mit weißem Rauschen hoher Leistung ansteuern, würde das auch den Wandler beschädigen?

Können diese Elemente auf andere Weise versagen?

Anekdotisch warf ich einen Blick auf eine 8-MHz-Sonde für so etwas wie die vaskuläre Doppler-Erkennung, und sie hatte sich nicht geöffnet. Vielleicht ist die Keramik gesprungen.

Antworten (1)

Die 5 typischen Ausfallarten für piezoelektrische Kristalle sind:

1) Brechen des Wafers durch Übersteuerung, Signal ist zu stark.

2) Indem er von einem Signal mit zu viel DC-Anteil angesteuert wird, was die Form des Wafers verzerrt, wodurch er selbst mit normalen AC-Treibersignalen leichter zu knacken ist.

3) Angetrieben durch eine zu niedrige Frequenz, so dass es außerhalb des natürlichen Resonanzfrequenzbereichs des Kristalls liegt, wodurch es anfällig für Risse wird.

4) Es wird mit einer zu hohen Frequenz betrieben, so dass es außerhalb des natürlichen Resonanzfrequenzbereichs des Kristalls liegt, wodurch es überhitzt, bis es reißt oder die Metallbeschichtung schmilzt.

5) Korrosion. Diese Wafer haben eine dünne Zinn- oder Platinbeschichtung, die schnell korrodiert, wenn sie sich nicht in einem versiegelten Behälter befindet, sodass nur der Ultraschall in den Behälter eintreten oder ihn verlassen kann.

Einige Designs beinhalten Widerstandsheizungen hinter dem Kristall, um zu verhindern, dass sich Feuchtigkeit auf seiner Oberfläche bildet.

Sehr ausführliche Antwort! Und großes Wissen! Lassen Sie mich also fragen: Wenn Sie es mit einem zu starken Signal betreiben, werden Sie dann mikroskopisch kleine Risse erzeugen, die sich im Laufe der Zeit bilden? Oder wird das gesamte Element zerstört? Ich mag deine Idee zu DC-Inhalten. Entsteht dadurch eine Biegung, die das Material vordehnt? Ich frage mich, ob Ultraschallsonden kapazitiv mit ihren Treibern gekoppelt sind? Ich erinnere mich, gehört zu haben, dass eine transurethrale Sonde integrierte Überspannungsschutzkappen benötigte. Danke für die Korrosionsidee. Und schließlich, wie wird es durch eine Frequenz außerhalb der Resonanz beschädigt? Es wird keine Energie deponiert, sondern nur reflektiert.
@PJazz. Bei maximaler Leistung entwickelt der Kristall "Mikrorisse", die dazu führen, dass der gesamte Kristall reißt und nicht mehr funktioniert. Das Hinzufügen von Gleichstrom zum Wechselstromsignal belastet den Kristall nur stärker. Abgesehen von Korrosion besteht der normale Ausfallmodus darin, dass der Kristall anfängt, störendes NF-Rauschen auszustoßen, das mit der Zeit schlimmer wird, bis der Kristall reißt und nicht mehr funktioniert. Störendes NF-Rauschen ist ein Zeichen dafür, dass der Kristall möglicherweise bereits Mikrorisse aufweist. Wenn meine Antwort das war, was Sie brauchten, fügen Sie bitte +1 hinzu oder klicken Sie auf den Stern unter dem unteren Pfeil.
@PJazz. Ein geeigneter Kondensator-Induktor-Filter in Übereinstimmung mit dem Quarz filtert zumindest DC- und Frequenzen außerhalb des Bandes (Off-Resonance), die den Quarz beschädigen können. Der Kristall fungiert als kondensatorartige Last, sodass er versucht, jede Frequenz, die Sie ihm zuführen, zu absorbieren und mitzuschwingen. Es verbiegt oder erwärmt sich mit Frequenzen außerhalb des Bandes, aber einige können eine LF-Reflexion verursachen, wenn der Kristall versucht, in einer „flachen“ Form zu bleiben.
Ich habe einige Piezo-Summer bestellt, die grob behandelt wurden und Risse auf dem Piezo-Wafer zeigen. Ich habe sie getestet und sie erzeugen ein Signal, aber sollte ich sie für meinen Build verwenden? Wie werden die Risse ihre Leistung beeinflussen?
@DaSpotz. Ein gerissener Piezowafer wird mit der Zeit immer schlimmer. Es gibt keine Selbstheilung. Sie können beim Abspielen von Musik „schrill“ und blechern klingen. Irgendwann musst du sie ersetzen.
Was sind typische Ausfallarten von piezoelektrischen Wandlern?
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