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为了适应各种不同的用途和要求,国内外对PZT陶瓷进行了广泛的掺杂改性研究.PZT压电陶瓷的掺杂改性主要有以下几个方面:

.1　软性掺杂　这种掺杂是指La3+、Bi3+、Nb5+、W6+等离子分别置换Pb2+或(Zr,Ti)4+等离子,在晶格中形成一定量的正离子缺位(主要是A位),由此导致晶粒内畴壁容易移动,结果使矫顽场降低,使陶瓷的极化变得容易,因而相应地提高了压电性能.但空位的存在增加了陶瓷内部的弹性波的衰减,引起机械品质因数Qm和电气品质因数Qe的降低,但其介电损耗增大,因而这类掺杂的PZT压电陶瓷通常称为“软性”PZT压电陶瓷,适于制备高灵敏度

.2　硬性掺杂　这类掺杂与离子软性掺杂的作用相反:离子置换后在晶格中形成一定量的负离子(氧位)缺位,因而导致晶胞收缩,抑制畴壁运动,降低离子扩散速度,矫顽电场增加,从而使极化变得很困难,压电性能降低,Qm和Qe变大,介电损耗减少.具有这类掺杂物的PZT压电陶瓷称为“硬性”PZT压电陶瓷,的传感器元件.这类掺杂报道较多的是La3+和Nb5+[

超声波是一种在弹性介质中的机械振荡，有两种形式：横向振荡（横波）及纵向振荡（纵波）。在工业中应用主要采用纵向振荡。超声波可以在气体、液体及固体中传播，其传播速度不同。另外，它也有折射和反射现象，并且在传播过程中有衰减。在空气中传播超声波，其频率较低，一般为几十KHZ，而在固体、液体中则频率可用得较高。在空气中衰减较快，而在液体及固体中传播，衰减较小，传播较远。超声波传感器使得驾驶员可以安全地倒车，其原理是利用探测倒车路径上或附近存在的任何障碍物，并及时发出警告。利用超声波的特性，可做成各种超声传感器，配上不同的电路，制成各种超声测量仪器及装置，并在通迅，家电等各方面得到广泛应用。

系统采用的超声波传感器的工作频率为40kHz左右。由发射传感器发出超声波脉冲，传到液面经反射后返回接收传感器，测出超声波脉冲从发射到接收到所需的时间，根据媒质中的声速，就能得到从传感器到液面之间的距离，从而确定液面。考虑到环境温度对超声波传播速度的影响，通过温度补偿的方法对传播速度予以校正，以提高测量精度。如果传感器能发出音频声音，基本就可以确定比超声波传感器是好的。计算公式为：

V=331.5+0.607T （1）

式中：V为超声波在空气中传播速度；T为环境温度。

S=V ×t/2=V×（t1－t0）/2 （2）

式中：S为被测距离；t为发射超声脉冲与接收其回波的时间差；超声波距离传感器技术应用超声波对液体、固体的穿透本领很大，尤其是在不透明的固体中，它可穿透几十米的深度。t1为超声回波接收时刻；t0为超声脉冲发射时刻。利用MCU的捕获功能可以很方便地测量t0时刻和t1时刻，根据以上公式，用软件编程即可得到被测距离S。由于本系统的MCU选用了具有SOC特点的混合信号处理器，其内部集成了温度传感器，因此可利用软件很方便的实现对传感器的温度补偿。