為了適應(yīng)各種不同的用途和要求,國內(nèi)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 等高價離子分別置換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,結(jié)果使矯頑場降低,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”PZT壓電陶瓷,適于制備高靈敏度

.2　硬性摻雜　這類摻雜與高價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(dǎo)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，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，可以長時間地工作而不失效。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，在該界面就產(chǎn)生反射回聲。用的超聲探頭的溫度比較高，需要單獨的制冷設(shè)備。靈敏度主要取決于制造晶片本身。機電耦合系數(shù)大，靈敏度高；反之，靈敏度低。指向性超聲波傳感器探測的范圍

其中可能會出現(xiàn)幾種誤差：

當(dāng)被測物體與傳感器成一定角度的時候，所探測的距離和實際距離有個三角誤差。

這個問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，因此無法產(chǎn)生回波，也就無法產(chǎn)生距離讀數(shù)。這時超聲波傳感器會忽視這個物體的存在。

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

這些問題可以通過使用多個按照一定角度排列的超聲波圈來解決。通過探測多個超聲波的返回值，用來篩選出正確的讀數(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，測出超聲波脈沖從發(fā)射到接收到所需的時間，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生物，比如用于探測水底有哪些生物，生物體形有多大等?？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；聲波經(jīng)過多次反彈才被傳感器接收到，因此實際的探測值并不是真實的距離值。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(nèi)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。