¿Cuáles son los modos de falla típicos de los transductores piezoeléctricos?

¿Cómo fallan los transductores piezoeléctricos en las sondas de ultrasonido? Tengo una máquina cuyos elementos están siendo accionados por un amplificador que hace mucho ruido. La señal que veo que llega del amplificador de potencia tiene ruido blanco y también una característica de estallido/clic.

Me preguntaba si conducir un elemento fuera de su frecuencia resonante lo dañaría. En principio, si la frecuencia de resonancia es de 5 MHz y lo manejas con 8 MHz, ¿eso podría causar daños? ¿Qué pasa si hay múltiples frecuencias como en el ruido blanco... si maneja un elemento con ruido blanco de alta potencia, eso también dañaría el transductor?

¿Alguna otra forma en que estos elementos podrían fallar?

Como anécdota, eché un vistazo a una sonda de 8 MHz para algo como la detección doppler vascular y no se había abierto. Tal vez la cerámica se agrietó.

Respuestas (1)

Los 5 modos de falla típicos para los cristales piezoeléctricos son:

1) Agrietamiento de la oblea por sobrecarga, la señal es demasiado fuerte.

2) Al ser impulsado por una señal con demasiado contenido de CC, lo que distorsiona la forma de la oblea, lo que facilita que se rompa incluso con señales de accionamiento de CA normales.

3) Ser impulsado por una frecuencia demasiado baja, de modo que está fuera del rango de frecuencia de resonancia natural de los cristales, lo que lo hace propenso a agrietarse.

4) Ser impulsado por una frecuencia demasiado alta, de modo que está fuera del rango de frecuencia de resonancia natural de los cristales, lo que hace que se sobrecaliente hasta que se agriete o el revestimiento de metal se derrita.

5) Corrosión. Estas obleas tienen un revestimiento de estaño o platino delgado que se corroe rápidamente si no está en un recipiente sellado, de modo que solo el ultrasonido puede entrar o salir del recipiente.

Algunos diseños incluyen calentadores resistivos detrás del cristal para evitar que se forme humedad en su superficie.

Respuesta muy completa! Y gran conocimiento! Así que déjame preguntarte: si lo conduces con una señal demasiado fuerte, ¿crearás grietas microscópicas que se acumularán con el tiempo? ¿O se destruirá todo el elemento? Me gusta tu idea sobre el contenido de DC. ¿Eso creará una inclinación que estire previamente el material? Me pregunto si las sondas de ultrasonido están acopladas capacitivamente a sus controladores. Recuerdo haber escuchado que una sonda transuretral necesitaba tapas de protección contra sobretensiones en línea. Gracias por la idea de la corrosión. Por último, ¿cómo lo daña la frecuencia fuera de resonancia? No se deposita energía... simplemente se refleja.
@PJazz. A los niveles de potencia máximos, el cristal desarrollará 'microgrietas' que provocarán que todo el cristal se agriete y deje de funcionar. Agregar CC a la señal de CA solo ejerce más presión sobre el cristal. Aparte de la corrosión, el modo de falla normal es que el cristal comienza a emitir un ruido LF falso que empeora con el tiempo hasta que el cristal se agrieta y deja de funcionar. El ruido LF espurio es una señal de que el cristal ya puede tener microfisuras. Si mi respuesta era lo que necesitaba, agregue +1 o haga clic en la estrella debajo de la flecha inferior.
@PJazz. Un filtro inductor de capacitor adecuado en línea con el cristal al menos filtrará las frecuencias de CC y fuera de banda (fuera de resonancia) que pueden dañar el cristal. El cristal actúa como una carga de tipo condensador, por lo que trata de absorber y resonar a cualquier frecuencia que lo alimente. Se arquea o se calienta con frecuencias fuera de banda, pero algunas pueden causar un reflejo de baja frecuencia cuando el cristal intenta permanecer en una forma 'plana'.
Pedí algunos zumbadores piezoeléctricos que se manipularon bruscamente y muestran grietas en la oblea piezoeléctrica. Los probé y crean una señal, pero ¿debería usarlos para mi compilación? ¿Cómo afectarán las grietas a su desempeño?
@DaSpotz. Una oblea piezoeléctrica agrietada solo empeorará con el tiempo. No hay autocuración. Pueden sonar "estridentes" y metálicos mientras reproducen música. En algún momento tendrás que reemplazarlos.
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