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為了適應各種不同的用途和要求,國內外對PZT陶瓷進行了廣泛的摻雜改性研究.PZT壓電陶瓷的摻雜改性主要有以下幾個方面:

.1　軟性摻雜　這種摻雜是指La3+、Bi3+、Nb5+、W6+等離子分別置換Pb2+或(Zr,Ti)4+等離子,在晶格中形成一定量的正離子缺位(主要是A位),由此導致晶粒內疇壁容易移動,結果使矯頑場降低,使陶瓷的極化變得容易,因而相應地提高了壓電性能.但空位的存在增加了陶瓷內部的彈性波的衰減,引起機械品質因數(shù)Qm和電氣品質因數(shù)Qe的降低,但其介電損耗增大,因而這類摻雜的PZT壓電陶瓷通常稱為“軟性”PZT壓電陶瓷,適于制備高靈敏度

.2　硬性摻雜　這類摻雜與離子軟性摻雜的作用相反:離子置換后在晶格中形成一定量的負離子(氧位)缺位,因而導致晶胞收縮,抑制疇壁運動,降低離子擴散速度,矯頑電場增加,從而使極化變得很困難,壓電性能降低,Qm和Qe變大,介電損耗減少.具有這類摻雜物的PZT壓電陶瓷稱為“硬性”PZT壓電陶瓷,的傳感器元件.這類摻雜報道較多的是La3+和Nb5+[

超聲波是一種在彈性介質中的機械振蕩，有兩種形式：橫向振蕩（橫波）及縱向振蕩（縱波）。在工業(yè)中應用主要采用縱向振蕩。超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，其傳播速度不同。壓電式測井微音器產品能夠檢測和監(jiān)控生產井的井口至井下液面深度，為采油生產提供可靠參數(shù)，為生產合理，準確安排，設備調整安裝提供參考。另外，它也有折射和反射現(xiàn)象，并且在傳播過程中有衰減。在空氣中傳播超聲波，其頻率較低，一般為幾十KHZ，而在固體、液體中則頻率可用得較高。在空氣中衰減較快，而在液體及固體中傳播，衰減較小，傳播較遠。利用超聲波的特性，可做成各種超聲傳感器，配上不同的電路，制成各種超聲測量儀器及裝置，并在通迅，家電等各方面得到廣泛應用。

系統(tǒng)采用的超聲波傳感器的工作頻率為40kHz左右。由發(fā)射傳感器發(fā)出超聲波脈沖，傳到液面經反射后返回接收傳感器，測出超聲波脈沖從發(fā)射到接收到所需的時間，根據(jù)媒質中的聲速，就能得到從傳感器到液面之間的距離，從而確定液面。聲納傳感器直接探測和識別水中的物體和水底的輪廓，聲納傳感器發(fā)出一個聲波信號，當遇到物體后會反射回來，依據(jù)反射時間及波型去計算它的距離及位置超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器?？紤]到環(huán)境溫度對超聲波傳播速度的影響，通過溫度補償?shù)姆椒▽鞑ニ俣扔枰孕Ｕ?，以提高測量精度。計算公式為：

V=331.5+0.607T （1）

式中：V為超聲波在空氣中傳播速度；T為環(huán)境溫度。

S=V ×t/2=V×（t1－t0）/2 （2）

式中：S為被測距離；t為發(fā)射超聲脈沖與接收其回波的時間差；t1為超聲回波接收時刻；t0為超聲脈沖發(fā)射時刻。利用MCU的捕獲功能可以很方便地測量t0時刻和t1時刻，根據(jù)以上公式，用軟件編程即可得到被測距離S。由于本系統(tǒng)的MCU選用了具有SOC特點的混合信號處理器，其內部集成了溫度傳感器，因此可利用軟件很方便的實現(xiàn)對傳感器的溫度補償?？刂撇糠种饕獙Πl(fā)送器發(fā)出的脈沖鏈頻率、占空比及稀疏調制和計數(shù)及探測距離等進行控制。