Tegniese beginsel en toepassing van ultrasoniese reeks transducer

         Tegniese beginsel en toepassing van ultrasoniese reeks transducer

Ultrasoniese omskakelaars is sensors wat ontwikkel is met behulp van die eienskappe van ultrasoniese golwe. Ultraklank is 'n meganiese golf met 'n vibrasiefrekwensie hoër as dié van klankgolwe, wat gegenereer word deur die vibrasie van die transducer chip onder die opwekking van spanning. Dit het 'n hoë frekwensie, kort golflengte, klein diffraksie verskynsel, veral goeie rigting, en kan georiënteer word as strale verspreiding eienskappe. Ultraklank het 'n groot deurdringingsvermoë tot vloeistowwe en vaste stowwe, veral in vaste stowwe wat ondeursigtig is vir sonlig, dit kan tot 'n diepte van tientalle meters penetreer. Ultrasoniese golwe sal beduidende refleksies produseer wanneer hulle onsuiwerhede of raakvlakke teëkom om eggo's te vorm, en wanneer hulle bewegende voorwerpe teëkom, sal hulle Doppler-effekte produseer. Daarom word ultrasoniese opsporing wyd gebruik in die industrie, nasionale verdediging, biomedisyne, ens. Ultraklanktransduktor vir afstand word as 'n opsporingsmetode gebruik, en ultrasoniese golwe moet gegenereer en ontvang word. Die toestel wat hierdie funksie voltooi, is 'n ultrasoniese sensor, wat gewoonlik 'n mediese toestel genoem word, of 'n ultrasoniese sonde.

Die ultrasoniese transducer sonde is hoofsaaklik saamgestel uit piëzo-elektriese keramiek, wat beide ultrasoniese golwe kan oordra en ontvang. Lae-krag ultrasoniese probes word meestal gebruik vir opsporing. Dit het baie verskillende strukture, wat verdeel kan word in reguit sonde (langsgolf), skuins sonde (skuifgolf), oppervlakgolfsonde (oppervlakgolf), Lamgolfsonde (Lamgolf), dubbele sonde (een sonderefleksie, een sondeontvangs) wag.

Die kern van 'n ultraklankvlakomskakelaar is 'n piëzo-elektriese keramiek in sy plastiek- of metaalomhulsel. Daar is baie soorte materiale waaruit die wafer bestaan. Die grootte van die skyfie, soos deursnee en dikte, is ook anders, so die werkverrigting van elke sonde is anders, en ons moet vooraf die werkverrigting daarvan ken voordat ons dit gebruik. Die belangrikste prestasie-aanwysers van ultrasoniese sensors sluit in:

(1) Werksfrekwensie. Die bedryfsfrekwensie van die ultrasoniese afstandtransducer is die resonansiefrekwensie van die piëso-elektriese keramiekkristal. Wanneer die frekwensie van die WS-spanning wat aan sy twee ente toegepas word gelyk is aan die resonante frekwensie van die skyfie, is die uitsetenergie die grootste en die sensitiwiteit die hoogste.

(2) Werkstemperatuur. Sedert die curie punt van die piëzo-elektriese materiaal is oor die algemeen relatief hoog, veral wanneer die krag van die piëzo-elektriese ultrasoniese sonde vir diagnose is relatief klein, die werkstemperatuur is relatief laag, en dit kan vir 'n lang tyd sonder mislukking werk. Die temperatuur van die ultrasoniese sonde wat in die mediese behandeling gebruik word, is relatief hoog, en 'n aparte verkoelingstoestel is nodig.

(3) Sensitiwiteit. Baie hang af van die maak van die wafer self. Hoe groter die elektromeganiese koppelingskoëffisiënt, hoe hoër is die sensitiwiteit; andersins, hoe laer die sensitiwiteit.

Struktuur en werkingsbeginsel

Wanneer spanning toegepas word op piëzo-elektriese keramiek-omskakelaar , meganiese vervorming sal plaasvind met veranderinge in spanning en frekwensie. Aan die ander kant, wanneer die piëzo-elektriese keramiek vibreer, word 'n elektriese lading opgewek. Deur gebruik te maak van hierdie beginsel, wanneer 'n elektriese sein toegepas word op 'n vibrator wat bestaan ​​uit twee piëzo-elektriese keramiek of 'n piëzo-elektriese keramiek en 'n metaalplaat, die sogenaamde bimorfe element, sal ultrasoniese golwe uitgestraal word as gevolg van buigvibrasie. In plaas daarvan, wanneer ultrasoniese vibrasies op die bimorfe element toegepas word, word 'n elektriese sein gegenereer. Op grond van bogenoemde effekte kan piëzo-elektriese keramiek as ultrasoniese sensors gebruik word.

Soos 'n ultrasoniese transducer, is 'n saamgestelde vibrator buigsaam op die basis vasgemaak. Die saamgestelde vibrator is 'n kombinasie van 'n resonator en 'n bimorfe element vibrator wat bestaan ​​uit 'n metaalplaat en 'n piëso-elektriese keramiekplaat. Die resonator is in die vorm van 'n trompet, die doel is om die ultrasoniese golwe wat deur vibrasie gegenereer word effektief uit te straal, en om die ultrasoniese golwe effektief op die belangrikste deel van die vibrator te fokus.

Ultrasoniese transducer vir buite gebruik moet goeie verseëling hê om die indringing van dou, reën en stof te voorkom. Piëso-elektriese keramiek is aan die binnekant van die bokant van die metaalboks vasgemaak. Die basis is aan die oop punt van die boks vasgemaak en met hars bedek. Vir ultrasoniese sensors wat in industriële robotte gebruik word, moet die dikte 1 mm bereik, en dit het sterk ultrasoniese bestraling.

Dit is onmoontlik om dit te bereik by frekwensies hoër as 70kHz deur die buigvibrasie van 'n konvensionele bimorfe elementvibrator te gebruik. Daarom, in hoëfrekwensie-opsporing, moet piëzo-elektriese keramiek met vertikale dikte-vibrasiemodus gebruik word. In hierdie geval word die passing van die akoestiese impedansie van piëzo-elektriese keramiek en lug baie belangrik. Die akoestiese impedansie van piëzo-elektriese keramiek is 2,6×107kg/m2s, terwyl die akoestiese impedansie van lug 4,3×102kg/m2s is. Verskille van magte van 5 lei tot aansienlike verliese by die piëzokeramiese vibrerende stralende oppervlak. 'n Spesiale materiaal wat aan die piëzo-elektriese keramiek geheg is, dien as 'n akoestiese bypassende laag, wat ooreenstem met die akoestiese impedansie van lug. Hierdie struktuur kan die ultrasoniese sensor in staat stel om normaal te werk, selfs wanneer die frekwensie so hoog as honderde kHz is.