脈沖反射模式超聲波設備用于機器人技術、運輸工具安全及控制系統、物體識別系統以及其它遠距離測距設備。傳感器在目標方向上提供高分辨率,并通過測量從發射到接收所經時間來確定到物體的距離。不象壓電陶瓷和靜電感應器件那樣,壓電薄膜能夠發出極短的脈沖(因它有較低的品質因數),使得同一器件既可用作發射器也可用作接收器,甚至在傳感器近場。
很容易制做多個壓電薄膜單元,如圖62。為,可以通過設計這些圓柱形單元(長度、彎曲半徑、單元數目)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報告指出在1米處,傳感器靈敏度的平均值在接收模式時(噪聲小于1uV)為0.2~1mV/Pa,發射模式時為20~50mPa/V。脈沖反射模式下的最小測量距離是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時可
測量到15米的距離。單個和多個單元傳感器
方向性模式的例子示于圖63。
多個單元也可用于掃描物體而無須移動傳感器。傳感器內的每個單元可被順序激活,就象超聲波陣列那樣。
這些超聲波空氣測距單元的應用包括卡車和農機具運輸安全系統的警報設備,和高速公路交通密度的監視系統。壓電薄膜傳感器陣列的另一極端應用是測量現代飛機機架結構的間隙尺寸以改進疊層間的配合。壓電薄膜陣列已制成并通過測試可測出空氣間隙,在厚達5cm的厚度上分辨率可達25um。這些有發射器和接收單元在2.5cm中心上30X30cm陣列的工作頻率為3.5MHz。
音響
揚聲器
壓電薄膜最早的應用之一是先鋒電子公司開發的立體聲高頻揚聲器(圖64)和頭戴式耳機。由于在電極可靠性和引線連接及封裝技術方面進行了改進,在這些應用方面又有了更強烈的興趣。GalloAcoustics開發了一種52um厚的壓電薄膜圓柱體的高保真全向高頻揚聲器,該高頻揚聲器在2kHz以下衰減,特性如下:
高頻時水平方向發散角為330度,是常規高頻揚聲器的10倍。
極寬的動態范圍。
線性頻率響應
極快的輸入脈沖響應,真實再現高頻部分。
已開發出新型的高頻揚聲器。這些設備利用了壓電薄膜的薄、輕、一致的自然特性。實例包括用于吹制件(如氣球和吹氣玩具)的揚聲器,服飾揚聲器(包括頭戴聽筒)以及用于雜志廣告、賀卡和郵寄品的薄膜揚聲器。
麥克風
將壓電薄膜固定在保持環上或裝在一底盤孔上可制成優質的麥克風。在設計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、撐條或類似結構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生偏置,但通常不這樣用。使麥克風靈敏度和電聲效果最佳的典型壓電薄膜曲率半徑為Ro=25mm,與靜電麥克風結構類似。
Sennheiser報告了Ro=25mm時,典型的25mm直徑泡抹襯墊壓電薄膜麥克風的頻率響應。對垂直于薄膜方向的聲壓入射,在1KHz時測得的器件自由場靈敏度在1V/Pa時為~58dB。聲壓級超過122dB時諧波失真僅不到1%,且在更高頻率范圍時沒有顯著升高。
壓電薄膜制作的麥克風成本低,但更重要的是固有的防潮性,這是與靜電型麥克風不同的。
靜電麥克風占有市場是因為通過極大批量的生產而獲得低成本。盡管如此,壓電薄膜麥克風正在尋找那些在設計中環境穩定性是關鍵點的應用。防水麥克風已開始供應潛水員,經得住完全浸泡在鹽水中而不損壞。
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