Akoestiese impedansie van 'n skyftipe piëso-elektriese vibrator-omskakelaar

Piëso-elektriese skyf tipe transducers bespreek die voordele en nadele van verskeie vorme van ultrasoniese transducer. Met inagneming van die werkverrigting, monteerafmetings en veldtoetsing van ultrasoniese afstandsensors, word piëzo-elektriese keramiekskywe radiaal gekies / dikte van die vibrasiemodus is die vibrator van die ultrasoniese transducer. Skyf piëso-elektriese vibrators werk teen frekwensies wat wissel van 20 kHz tot 120 kHz. Dit is bekend uit die akoestiese teorie dat die groot-deursnee skyf-tipe piëso-elektriese vibrator werk in die lae frekwensie band is ontwikkel om 'n groot afstand en sterk rigting te ontwikkel. Eerstens, die ontwerpmetode van die skyf piëso-elektriese omskakeling het die akoestiese impedansie-aanpassing en elektromeganiese impedansie-aanpassing tegnologie. Die teoretiese probleem van die radiale/dikte vibrerende vibrasie word bestudeer. Daarna word die ontwerp en vervaardiging van die gekombineerde transducer bespreek.

Skematiese diagram van aksiale verplasingsverspreiding van 'n skyf-tipe piëso-elektriese vibrator is gekonsentreer in die middel van die uitstralende oppervlak van die skyf, dus, vir dieselfde strukturele afmetings, is die rigtingeienskap van die skyf-tipe piëso-elektriese omskakelaar (radiale/dikte vibrerende modus) beter as dié van die suier-pure rigting dik transducerzo (suier-pure rigting dik transducerzo) modus). Ten einde die strukturele grootte van die skyf-tipe ultrasoniese sensor te bepaal om afstand te meet, kan die vibrasie-energie relatiewe verplasing R (radius) van die piëzo-elektriese vibrator beraam word deur die balkwydteformule (3.11b) van die suier-tipe piëzo-elektriese vibrator te bereken om die skyf-tipe piëzo-elektriese vibrator te skat. As aanvaar word dat die skyf piëso-elektriese vibrator teen 'n frekwensie van 25 kHz werk, is die golflengte van die ultrasoniese golf in die lug ongeveer 13,6 mm. As die straalwydte van die omskakelaar 3 dB moet wees, moet die radius van die skyftipe piëso-elektriese vibrator R ten minste gelyk wees aan die piëzo-elektriese keramiek, en 'n piëzo-elektriese keramiekskyf met 'n radius van R=0.045 m word eintlik gekies as die transduservibrator. Hoe groter die radius van die skyf is, hoe voordeliger is dit om die rigtingeienskappe van die skyf piëso-elektriese transducer te verbeter. PZT-5 keramiekmateriaal word as die transducer gebruik.

Akoestiese impedansie-passing is wanneer die wanaanpassing van die akoestiese impedansie-verhoudings van die ultrasoniese afstandsensor nie net die transmissiekoëffisiënt van die koppelvlak verminder nie, maar ook die piëzo-elektriese vibrator laat resoneer teen 'n hoë waarde, dit wil sê, die werkfrekwensieband is smal en die golfvorm se restyd is lank, wat die sonde ernstig beïnvloed. Versend/ontvang sensitiwiteit, aksiale resolusie en kanaalkapasiteit is om hierdie verskynsel te vermy, dit is nodig om akoestiese impedansie-aanpassing antagonistiese tegniek te gebruik, en die uitstralende oppervlak van die piëzo-elektriese vibrator het 'n hoë akoestiese impedansieverhouding, kontak nie direk met die gasmedium wat 'n baie lae akoestiese impedansieverhouding het nie. 

In hierdie transducer word drie verskillende bypassende materiale gebruik om geleidelik oor te gaan van die uitstralende oppervlak van die piëso-elektriese vibrator met hoë akoestiese impedansie na die lugmedium met lae akoestiese impedansie. Hierdie bypassende tegniek is gebaseer op die verskafde waterklankuitruiling. Energie-passing metode. In die tabel word die akoestiese impedansieverhoudings van die rugsteun, piëso-elektriese element, die laagbypassende materiaal en las onderskeidelik as ZB, Zo, Z, ZLo aangeteken omdat die akoestiese impedansieverhouding ZL van lug 411 Pa·s/m is, wat baie kleiner is as wat die akoestiese vibrator van die piëso-elektriese impedansie Zoëlektriese impedansie is. Daarom moet 'n verskeidenheid bypassende ultrasoniese dieptesensors gebruik word vir impedansiepassing, sodat die akoestiese impedansieverhouding oorgaan van 'n hoë (piëzo-elektriese skyfuitstralende oppervlak) na 'n lae 'gladde' oorgang na 'n lugmediumlading. Oorweeg ook die akoestiese demping van die bypassende laagmateriaal. In byna alle teoretiese analise en ingenieurspraktyk word die dikte van die bypassende laag geneem as (en is die golflengte van die akoestiese golf van die bypassende laagmateriaal) en word dit die 'kwartgolflengte-passingslaag' genoem. Met inagneming van die verandering van die frekwensie-eienskappe van die transducer nadat die bypassende laag toegedien is, moet die dikte van die bypassende laag ook vermenigvuldig word met 'n diktekoëffisiënt, en die waarde word geneem.