Voorbereiding van piëso-elektriese keramiek / polimeer saamgestelde silindriese transducer (1)

Die omvormerskikking is die sleutelkomponente in die sonarstelsel. Dit is 'n toestel wat die wedersydse omskakeling van elektro-akoestiese energie realiseer. Die werkverrigting van die transducer en die transducer-skikking hang hoofsaaklik af van die werkverrigting, struktuur en vervaardigingsproses van die transducer materiaal. Tans is die meeste van die akoestiese onderwater-omskakelaars wat loodsirkonaattitanaat piëso-elektriese keramiek (PZT) as die energie-omskakelingsmateriaal gebruik, wat die voordele van hoë elektromeganiese koppelingskoëffisiënt, lae verlies, gerieflike vervaardiging en lae prys het. As gevolg van die hoë kenmerkende impedansie van piëzo-elektriese keramiek, wanneer die las water of biologiese weefsel is, is dit egter nie maklik om die las te pas nie, die weerkaatsingsverlies van piezo-keramiekring by die koppelvlak is groot, en sy laterale koppeling is sterk. Daarom word die dikte-vibrasie-omskakelaar voorberei met 'n smal frekwensieband, hoë Q-waarde, lae sensitiwiteit en ander tekortkominge. 1-3 tipe piëzo-elektriese saamgestelde materiale het 'n lae kenmerkende impedansie, Q-waarde, diëlektriese konstante, laterale elektromeganiese koppelingskoëffisiënt en hoë dikte elektromeganiese koppelingskoëffisiënt as gevolg van die polimeerfase. Ideale materiaal vir die energiebesparende toestel. Die werkverrigtings van suiertransduktors gemaak van dieselfde grootte 1-3 piëso-elektriese saamgestelde materiale en gewone PZT-skywe is gemeet, en die admittansiekrommes en transmissie van die twee transduktors in die lug en water is verkry. Dit is spanningsreaksie, ontvangsensitiwiteit en gerigtheid plotte. En deur vergelykende analise word tot die gevolgtrekking gekom dat die 1-3 tipe piëso-elektriese saamgestelde materiaal-omskakelaar 'n aansienlik verbeterde transmissie- en ontvangsprestasie het in vergelyking met gewone PZT piëso-elektriese omskakelaars. Die verbeterde 1-3 (1-3-2) piëso-elektriese samestelling behou die uitstekende elektro-akoestiese eienskappe van die 1-3 PZT5 piëzo keramiek saamgestelde, en het 'n goeie temperatuur en druk stabiliteit, wat baie geskik is vir die voorbereiding van onderwater akoestiese transducer. Hierdie vraestel gebruik 'n 1-2-3 piëso-elektriese saamgestelde materiaal om 'n silindriese onderwater akoestiese transducer te ontwerp en te vervaardig, en meet sy toelating, transmissiespanningsreaksie, ontvangsensitiwiteit en rigting.

Struktuur en voorbereiding van piëso-elektriese komposiete

Piëzo-elektriese saamgestelde materiale word gemaak van 1-3 piëzo-elektriese saamgestelde materiale en piëzo-keramieksubstrate wat in serie in die keramiese polarisasierigting gekoppel is. Hierdie struktuur het stewige piëzo-elektriese keramiekondersteuning in parallel en loodreg op die polarisasierigting, wat meer stabiel is as 1-3 tipe saamgestelde materiale. Dit behou nie net al die voordele van 1-3 piëzo-elektriese saamgestelde materiale nie, maar is ook nie maklik om by hoër temperature te vervorm nie, en het beter hittebestandheid en weerstand teen eksterne impak. Die piëso-elektriese saamgestelde materiaal word voorberei deur 'n sny-vul proses. Die piëzo-elektriese keramiek gebruik PZT-5A wat deur die Instituut vir Akoestika van die Chinese Akademie van Wetenskappe vervaardig is. Dit is gepolariseer wanneer dit die fabriek verlaat. 'n Outomatiese snymasjien word gebruik om die oppervlak loodreg op die polarisasie-as van die piëzo-keramiek te sny in twee rigtings wat loodreg op mekaar is, wat 'n sekere dikte van die substraat behou om 'n keramiekskelet te vorm. ’n Polimeer met ’n gepaste hoeveelheid verhardingsmiddel word in die keramiekraamwerk gegooi (dit wil sê die epoksiehars WRS618 wat deur Wuxi Resin Factory vervaardig word), en dan word die vakuumuitwerperborrel ontruim en by kamertemperatuur gehard om ’n saamgestelde materiaal te maak, wat gemaal of gesny word om die blanko te vorm. 'n Samegestelde materiaalmonster is gevorm, en uiteindelik is die oppervlak van die monster bedek met 'n elektrode deur gebruik te maak van 'n hoëvakuum magnetron sputterapparaat. Deur die bogenoemde proses te gebruik, is twee stukke 1-3-2 piëzo-elektriese keramiek / polimeer saamgestelde vel van 40mm * 40mm * 10mm voorberei. Die breedte van die keramiekpilare en die breedte van die epoksiehars tussen die pilare is onderskeidelik 0,9 en 0,45 mm, en die dikte van die piëzo-elektriese silinder transducer
 is 1 mm. Langs die dikterigting van die saamgestelde materiaal is twee stukke saamgestelde materiaal in 24 saamgestelde materiaal-wafers gesny met 'n lengte van 10 mm, 'n breedte van 6,5 en 'n dikte van 10 mm. Die resonansieprestasie van elke piëso-elektriese wafer is gemeet, en 18 van hulle is gekies vir die maak van twee vervangingswafers. Die prestasiemetingsresultate van elke element van die omskakelaars, die prestasiekonsekwentheid van elke piëzo-element is goed, en sy resonansiefrekwensie is amper dieselfde. Die figuur toon die toelatingsmetingkurwe van een van die skikkingselemente, waar die skikkingselemente almal soortgelyk is daaraan. 

Struktuur en vervaardigingsproses van piëzoëlektriese silindriese transducer

3.1 Transducer Struktuur

'n Veelvoud van 1-3-2 piëso-elektriese saamgestelde materiale is eenvormig langs die omtrek gerangskik om 'n sirkelvormige reeks te vorm om 'n silindriese transducer te produseer. Die struktuur van die transducer word in die prent getoon. Tans word geen transducer van hierdie struktuur gevind nie. Daar is verwante navorsingsverslae.

Die saamgestelde silindriese piëso-elektriese omskakelaar bestaan ​​uit 'n saamgestelde element, 'n kopersteun, 'n hakie en 'n dekplaat. Agtien saamgestelde PZT-materiaalelemente is eweredig in die groewe van die ringvormige koperrugsteun langs die omtrek gerangskik, en die onderste oppervlak van die saamgestelde materiaalelemente word met 'n geleidende kleefstof aan die kopersteun vasgeplak. Op hierdie manier kan die kopersteun nie net die skikkingselemente opspoor nie, maar ook die vibrasieverplasing verbeter. As gevolg van die gebruik van geleidende kleefmiddelbinding, word die onderste elektrode van die saamgestelde element aan die agterkant gekoppel, wat die elektrodeleidingproses vereenvoudig. Op hierdie manier kan die onderste elektrodeleiding (seinlyn) vanaf die binnekant van die koperbuis se agterkant uitgelei word en aan dieselfde seinkabel van die askabel verbind word. Dan, die beugel en die eindbedekking onderskeidelik klem en bevestig die koperrug van twee rigtings. Die agterkant, die hakie en die eindbedekking word geïsoleer met 'n stywe skuimwasser, en dan word die eksterne elektrodes van die saamgestelde materiaal piëzo-elemente aan die afgeskermde draad van die koaksiale kabel gekoppel en met 'n waterdigte verbinding of waterdigte gom verseël. Laastens word die samestelling in 'n vorm geplaas, en 'n poliuretaan met 'n dikte van ongeveer 2 mm word gegiet om 'n waterdigte, klankdeurlaatbare en verseëlende laag te vorm. Deur die bogenoemde proses te gebruik, is twee identiese silindriese transduktors eksperimenteel vervaardig, en die algehele afmetings van die silindriese transduktors na samestelling was 70 mm × 15 mm.