為了適應(yīng)各種不同的用途和要求,國(guó)內(nèi)外對(duì)PZT陶瓷進(jìn)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(gè)方面:

.1　軟性摻雜　這種摻雜是指La3 、Bi3 、Nb5 、W6 等高價(jià)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(dǎo)致晶粒內(nèi)疇壁容易移動(dòng),結(jié)果使矯頑場(chǎng)降低,使陶瓷的極化變得容易,因而相應(yīng)地提高了壓電性能.但空位的存在增加了陶瓷內(nèi)部的彈性波的衰減,引起機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm和電氣品質(zhì)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”P(pán)ZT壓電陶瓷,適于制備高靈敏度

.2　硬性摻雜　這類摻雜與高價(jià)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(fù)離子(氧位)缺位,因而導(dǎo)致晶胞收縮,抑制疇壁運(yùn)動(dòng),降低離子擴(kuò)散速度,矯頑電場(chǎng)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”P(pán)ZT壓電陶瓷,的傳感器元件.這類摻雜報(bào)道較多的是La3 和Nb5 [

超聲探頭的核心是其塑料外套或者金屬外套中的一塊壓電晶片。構(gòu)成晶片的材料可以有許多種。晶片的大小，如直徑和厚度也各不相同，因此每個(gè)探頭的性能是不同的，我們使用前必須預(yù)先了解它的性能。超聲波傳感器的主要性能指標(biāo)包括：工作頻率工作頻率就是壓電晶片的共振頻率。當(dāng)加到它兩端的交流電壓的頻率和晶片的共振頻率相等時(shí)，輸出的能量大，靈敏度也高。工作溫度由于壓電材料的居里點(diǎn)一般比較高，特別是診斷用超聲波探頭使用功率較小，所以工作溫度比較低，可以長(zhǎng)時(shí)間地工作而不失效。當(dāng)超聲波在人體組織中傳播遇到兩層聲阻抗不同的介質(zhì)界面時(shí)，在該界面就產(chǎn)生反射回聲。用的超聲探頭的溫度比較高，需要單獨(dú)的制冷設(shè)備。靈敏度主要取決于制造晶片本身。機(jī)電耦合系數(shù)大，靈敏度高；反之，靈敏度低。指向性超聲波傳感器探測(cè)的范圍

其中可能會(huì)出現(xiàn)幾種誤差：

當(dāng)被測(cè)物體與傳感器成一定角度的時(shí)候，所探測(cè)的距離和實(shí)際距離有個(gè)三角誤差。

這個(gè)問(wèn)題和高中物理中所學(xué)的光的反射是一樣的。在特定的角度下，發(fā)出的聲波被光滑的物體鏡面反射出去，因此無(wú)法產(chǎn)生回波，也就無(wú)法產(chǎn)生距離讀數(shù)。這時(shí)超聲波傳感器會(huì)忽視這個(gè)物體的存在。

這種現(xiàn)象在探測(cè)墻角或者類似結(jié)構(gòu)的物體時(shí)比較常見(jiàn)。聲波經(jīng)過(guò)多次反彈才被傳感器接收到，因此實(shí)際的探測(cè)值并不是真實(shí)的距離值。

這些問(wèn)題可以通過(guò)使用多個(gè)按照一定角度排列的超聲波圈來(lái)解決。通過(guò)探測(cè)多個(gè)超聲波的返回值，用來(lái)篩選出正確的讀數(shù)。

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(jīng)反射后返回接收傳感器，測(cè)出超聲波脈沖從發(fā)射到接收到所需的時(shí)間，根據(jù)媒質(zhì)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。聲納傳感器主要用于探測(cè)生物，比如用于探測(cè)水底有哪些生物，生物體形有多大等?？紤]到環(huán)境溫度對(duì)超聲波傳播速度的影響，通過(guò)溫度補(bǔ)償?shù)姆椒▽?duì)傳播速度予以校正，以提高測(cè)量精度。計(jì)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(cè)距離；聲波經(jīng)過(guò)多次反彈才被傳感器接收到，因此實(shí)際的探測(cè)值并不是真實(shí)的距離值。t為發(fā)射超聲脈沖與接收其回波的時(shí)間差；t1為超聲回波接收時(shí)刻；t0為超聲脈沖發(fā)射時(shí)刻。利用MCU的捕獲功能可以很方便地測(cè)量t0時(shí)刻和t1時(shí)刻，根據(jù)以上公式，用軟件編程即可得到被測(cè)距離S。由于本系統(tǒng)的MCU選用了具有SOC特點(diǎn)的混合信號(hào)處理器，其內(nèi)部集成了溫度傳感器，因此可利用軟件很方便的實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器的溫度補(bǔ)償。