FrançaisNombre Parcourir:30 auteur:Éditeur du site publier Temps: 2023-10-09 origine:Propulsé
Les matériaux en céramique piézoélectrique présentent à la fois les effets piézoélectriques directs et inversés et trouvent une utilisation étendue dans divers appareils, y compris des capteurs piézoélectriques, des actionneurs, des transducteurs et des filtres.
Matériaux en céramique piézoélectrique
Leurs applications couvrent de nombreux secteurs tels que l'aérospatiale, l'électronique d'information, les machines industrielles, les traitements médicaux et la technologie automobile. Selon les projections statistiques, le marché mondial des matériaux et dispositifs piézoélectriques devrait atteindre une valeur de 35,4 milliards de dollars américains d'ici 2026.
Les capteurs automobiles sont la principale source d'information pour les systèmes de contrôle électronique dans les véhicules, ce qui en fait des composants pivots de ces systèmes. Alors que les automobiles adoptent de plus en plus l'électronique et l'automatisation, leur dépendance à l'égard des capteurs continue de croître. En fait, une voiture familiale ordinaire peut incorporer plus de 200 capteurs. Parmi ceux-ci, les capteurs en céramique piézoélectrique comprennent des types tels que des capteurs de détonation, des capteurs à ultrasons et des capteurs d'accélération.
Un capteur de détonation en céramique piézoélectrique comprend un oscillateur en céramique piézoélectrique, une feuille de métaux, un joint d'étanchéité, un boîtier métallique, et plus encore. La charge générée par l'oscillateur piézoélectrique est directement proportionnelle aux vibrations du cylindre du moteur. La tension résultante est transmise à l'unité de commande électronique via un câblage blindé, permettant la détection de la tension générée par les vibrations d'environ 7 kHz. Sur la base de l'amplitude de la tension, l'unité de commande électronique détermine la survenue de coups de moteur.
Selon l'intensité des vibrations, la synchronisation d'allumage est ajustée rapidement ou avec un retard, empêchant le coup à l'avance. Cela garantit que le moteur fonctionne près du seuil de frappe pendant l'allumage, l'optimisation de l'efficacité thermique et la réduction de la consommation de carburant. Cette approche réalise un état opérationnel à coup sûr, permettant au moteur de fonctionner à son potentiel maximum en termes de puissance et d'efficacité économique.
Les capteurs à ultrasons servent de systèmes d'évitement de collision inversé en voiture et d'alarme. Ils se composent d'un boîtier en alliage en aluminium, d'un transducteur en céramique piézoélectrique, de matériaux absorbant le son et d'électrodes de plomb. En appliquant un signal électrique à la céramique piézoélectrique, des vibrations mécaniques sont générées, émettant des ondes ultrasoniques. Ces vagues rebondissent lors de la rencontre des obstacles pendant la propagation de l'air. En atteignant la céramique piézoélectrique, ils génèrent un signal électrique.
Transducteur sonore ultrasonique
Grâce au traitement des données impliquant des différences de temps, le système calcule et affiche la distance entre le véhicule et les obstacles. En cas de collision imminente, le système déclenche une alarme. Cette technologie détecte avec précision les petits obstacles situés derrière le véhicule ou dans les angles morts du conducteur. De plus, des capteurs à ultrasons sont utilisés dans des systèmes de suspension à commande électronique pour surveiller directement la distance entre le châssis du véhicule et la surface de la route.
Les capteurs d'accélération en céramique piézoélectrique trouvent l'application dans les systèmes d'airbag automobile. Ces capteurs se composent de deux feuilles de céramique piézoélectrique liées avec une électrode interne partagée, formant une structure de diode. Ils sont installés dans le sens du mouvement du véhicule, configurés comme poutres en porte-à-faux, et intégrés au circuit périphérique en utilisant une technologie de film épais.
Infondrés dans un boîtier, ces capteurs détectent l'intensité de collision instantanée du véhicule, que ce soit à basse ou élevée et la convertir en une sortie de signal électrique. Dans les collisions à haute intensité, l'airbag est déployé rapidement et avec précision, améliorant les performances de sécurité du véhicule.
La céramique piézoélectrique exploite l'effet piézoélectrique inverse pour créer des actionneurs piézoélectriques, largement utilisés dans le secteur automobile pour des tâches telles que le contrôle des rétroviseurs électriques, des portes électriques et des fenêtres et des sièges électriques. Cette forme d'actionnement offre plusieurs avantages: il réduit considérablement la taille du moteur, possède un contrôle précis, reste immunisé contre les interférences électromagnétiques, fonctionne silencieusement et peut faciliter directement le contrôle de mouvement linéaire sans nécessiter un mécanisme de conversion pour traduire le mouvement de la rotation en mouvement linéaire.
Une innovation notable dans l'industrie automobile est l'injecteur piézoélectrique, un nouveau système d'injection de carburant piloté par la céramique piézoélectrique. Cette technologie permet un contrôle précis sur le volume et le calendrier des injections, conduisant à une efficacité énergétique améliorée et à une réduction des émissions d'échappement. Les injecteurs piézoélectriques sont devenus un aliment de base dans les systèmes d'injection électronique automobile avancés, surpassant les carburateurs mécaniques traditionnels. Ils peuvent augmenter la puissance du moteur de 5% à 10% tout en diminuant simultanément la consommation d'essence par la même marge, entraînant une réduction de 20% des émissions d'échappement.
La plupart des conducteurs de céramique piézoélectrique utilisés dans les injecteurs piézoélectriques sur le marché reposent sur des céramiques piézoélectriques PZT conventionnelles. Ces céramiques sont privilégiées pour leur coefficient piézoélectrique élevé, leurs performances fiables et leur résistance mécanique robuste. Néanmoins, leur température Curie (TC) oscille autour de 360 ° C, limitant leur utilisation à des températures inférieures à 180 ° C. Par conséquent, il y a un besoin immédiat de développer des matériaux piézoélectriques à haute température qui offrent des performances exceptionnelles, une rentabilité et une stabilité de la température pour étendre leur applicabilité dans des environnements difficiles.
Le bruit dans les voitures est devenu un facteur important ayant un impact sur l'expérience de conduite globale. Lorsqu'une voiture est conduite à basse vitesse et que les plaquettes de frein entrent en contact avec le rotor, cela peut entraîner des vibrations, conduisant parfois à des bruits désagréables et sévères. Bien que ce bruit n'affecte pas les performances de freinage, elle nécessite souvent le remplacement inutile des plaquettes de frein et l'ajout de divers composants comme les joints et les matériaux absorbants pour éliminer le bruit.
Une solution efficace pour atténuer ce problème est d'incorporer un mécanisme de frein en céramique piézoélectrique simple dans le piston de frein de la voiture. Ce mécanisme introduit un 'jitter ' contrôlé et périodique à la plaque de support dans l'ensemble de plaquettes de frein. Cette vibration contrôlée atténue efficacement les vibrations responsables des bruits pointus, permettant des ajustements en fonction de facteurs tels que la température, l'humidité et les conditions de freinage. Cette solution fonctionne de manière transparente dans le cadre de l'usure régulière du système d'entraînement du véhicule.
Dans les accidents de la circulation, la défaillance des pneus est un facteur contribuant significatif aux incidents soudains, les éruptions des pneus représentant une partie notable de ces accidents. Par conséquent, le maintien d'une pression des pneus appropriée lors de la conduite et de la détection rapide des fuites de pneus est des mesures cruciales pour prévenir les éruptions des pneus.
Capteur piézo pour la machine d'équilibrage des roues
La solution dominante pour la surveillance automatisée des conditions de pneus dans les véhicules est le système de surveillance de la pression des pneus (TPMS). Ce système surveille en continu et automatiquement la pression des pneus en temps réel pendant que le véhicule est en mouvement, en émettant des alertes pour la fuite des pneus et une faible pression d'air pour améliorer la sécurité routière.
Actuellement, les produits TPMS reposent sur des batteries pour l'alimentation, ce qui implique inévitablement certains inconvénients, notamment la vulgation, le besoin de remplacement périodique de la batterie, la dégradation des performances dans les températures extrêmes et la durée de vie globale de la batterie réduite. Par conséquent, il y a un intérêt croissant à explorer les solutions passives TPMS. En effet, les propriétés uniques de la céramique piézoélectrique offrent des voies prometteuses pour le développement de la technologie passive TPMS.
Ces dernières années, comme le nombre d'automobiles dans notre pays a augmenté, les attentes des gens en matière de sécurité et de confort des véhicules ont considérablement augmenté. Cette tendance devrait se poursuivre alors que des technologies comme les matériaux et structures en céramique piézoélectrique, la conservation de l'environnement, les composites, la nanotechnologie et d'autres innovations stimulent davantage le développement et l'application de céramiques piézoélectriques avancées dans l'industrie automobile.
