Resonante werkverrigting van silindriese piëso-elektriese transducer(2)

Die ontwerp van hierdie silindriese transducer is om die elektro-akoestiese omskakeling te realiseer deur die diktevibrasie van die 1-3-2 saamgestelde materiaalelement te gebruik om die eenvormige rigting in die horisontale rigting te verkry. Die ontwerpfrekwensie van die omskakelaar is 74kHz. Ten einde die resonante frekwensie van die piëso-elektriese omskakelaar te ontleed en te voorspel, word die eindige element analise sagteware gebruik om die omskakelaar te simuleer. Een-agtste van die silindriese reeks van  PZT-materiaal piëzokeramiek word gekies, dit wil sê, een stuk van 1-3-2 saamgestelde materiaalstrook en agtergrond word gemodelleer. Die grootte van die saamgestelde materiaal is presies dieselfde as die werklike grootte van die monster. Die buitenste deursnee van die rugkant is 60 mm, die dikte van die pypwand is 5 mm en die hoogte is 15 mm. Die figuur toon die dikte-vibrasiemodus van een element van die transducer, en sy resonansiefrekwensie is 73.9kHz.

Die resonansieprestasie van die twee transduktors in die demperpoel is eksperimenteel gemeet, en die admittansiekrommes van die twee transduktors was amper dieselfde, sodat die produksieproses uitvoerbaar was en die monsters goeie konsekwentheid gehad het. Die wateradmittansiekromme van een van die silindriese piëso-elektriese transduktors wat met 'n presisie-impedansie-ontleder gemeet is, word aangebied. Die resonansiefrekwensie is 72 kHz. Die vergelyking tussen die twee figure toon dat die metingsresultate in water baie na aan die simulasieresultate is. Dit wys dat die vibrasiefrekwensie van die silindriese transducermonster basies aan die ontwerpvereistes voldoen.

 prestasiemeting van transducer

Die outomatiese akoestiese kalibrasiestelsel is gebruik om die werkverrigting van twee saamgestelde silindriese water akoestiese omskakelaars soos die transmissiespanningsreaksie, ontvangsspanningsensitiwiteit en rigting te meet. Die meetfrekwensie was van 20 tot 100 kHz. Die eksperiment is uitgevoer in die stilmaakpoel van die Akoestiese Metingsentrum van die Great Wall Radio Factory. Die werkverrigtings van die twee transducers is soortgelyk, en die relatiewe afwykings is binne 5%. Die prestasie van een van die PZT41materiaal piëzo-elektriese strook word gekies vir ontleding. Die transmissiespanningsreaksie wissel met frekwensie. Die maksimum waarde is 139dB, en die 3dB bandwydte is 7kHz. Die omskakelaar se ontvangsensitiwiteit word binne 'n frekwensiereeks van 20 tot 60kHz gemeet, en sy ontvangspanningsensitiwiteit is -212. (Golwende grond 4dB). Die gerigtheidsmetingsresultate van die omskakelaar toon dat die omskakelaar basies 'n rigting van horisontaal 360 het, maar die fluktuasie is groot, wat hoofsaaklik is omdat die interval tussen die skikkingselemente van die omskakelaar te groot is. Die piëzo-element stralingsarea is klein. Die vertikale rigtingdiagram wys dat die 3dB bundelwydte in die vertikale rigting van die transducer 12 ° is.

In die piëzo-elektriese saamgestelde silindriese transducer is die saamgestelde element 10 mm dik, en wanneer die deursnee van die piëzo-silinder 70 mm is, is die resonansiefrekwensie ongeveer 72 KHz. As die dikte van die saamgestelde piëzo-element verminder word en die deursnee van die silinder word verminder, sal die resonansiefrekwensie van die piëzo skyf transducer materiaal kan verder verhoog word, sodat wanneer die deursnee van die transducer groter is, 'n hoër resonante frekwensie verkry kan word, en sodoende suiwer piëzo-elektrisiteit verbeter. Wanneer die piëzo-keramiek silindriese transducer 'n hoër resonansiefrekwensie het, is sy volume kleiner en is dit moeilik om te verwerk. Terselfdertyd het die 1-3-2 saamgestelde silindriese transducer 'n groter bandwydteverbetering as die piëzo-elektriese keramiek silindriese transducer van dieselfde frekwensie, en die emissiespanningsreaksie is vergelykbaar met dié van piëzo-keramiek.

Omdat die ontwerpstruktuur van die piëzo-elektriese transducer effens verskil van die struktuur na vervaardiging, en die vervaardigingsproses verbeter moet word, is die werkverrigting van die transducer effens laer as die verwagte berekeningsresultaat. Daarbenewens is die stralingsarea van die omvormer-skikkingselemente klein, en die vibrasie-energie van elke skikkingselement word langs die omtrek versprei, wat lei tot laer ontvangsensitiwiteit. Deur egter die area van die uitstralende oppervlak van die skikkingselement te vergroot, die dikte van die skikkingselement te verminder, en die spasiëring tussen die skikkingselemente te verminder, kan die ontvangsensitiwiteit van die omskakelaar verbeter word en die eenvormigheid van die horisontale oriëntasie van die omskakelaar kan ook verbeter word.