teoretiese ontleding van vibrasiemodus-ultrasoniese transducers

Wanneer die aksiale en radiale elektromeganiese faktore van die skyf-tipe piëzo-elektriese vibrator relatief sterk is, is die eendimensionele teorie wat deur die suiwer radiale model of die suiwer dikte model vasgestel is, nie akkuraat genoeg nie. Tussen die teoretiese berekende waarde en die eksperimentele waarde. Die fout van ultrasoniese transducers is groot. Daarom is dit nodig om die ekwivalente stroombaan van die radiale/dikte-koppelvibrasiemodus van die skyftipe piëso-elektriese vibrator te verstaan, en die isotropiese vrye vibrasiemodus van die skyftipe piëso-elektriese vibrator onder sommige benaderde toestande af te lei. In vergelyking met die een-dimensionele teorie, weerspieël die twee-dimensionele teorie meer akkuraat die vibrasie proses deursnee van die skyf-tipe piëso-elektriese vibrator en die ekwivalente stroombaan van die piëso-elektriese vibrator wanneer is dik-koppeling. Ten einde die elektromeganiese eienskappe van die skyftipe piëso-elektriese vibrator te ontleed, verteenwoordig ek die opwekkingstoevoerspanning en -stroom, onderskeidelik, en F verteenwoordig die verplasing en totale druk op die onderskeie oppervlaktes, onderskeidelik.

 Dit is bekend dat 'n piëso-elektriese vibrator van 'n PZT-piëso-elektriese keramiekskyf gemaak is en langs die z-as gepolariseer is, en 'n silwer laag is aan beide kante van die skyf geplateer as 'n elektrode, en 'n opwekkingsspanning word aan beide kante van die elektrode toegepas. Wanneer die dikte dimensie van die skyf baie verskil van die radiale dimensie, kan dit behandel word as 'n suiwer dikte vibrasie modus of 'n suiwer radiale vibrasie modus; omgekeerd moet die elektromeganiese koördinasieprobleem tussen die dikte en die radiale rigting van die piëso-elektriese keramiekskyf oorweeg word. Uit die bewegingsvergelyking, dit is die piëso-elektriese vergelyking en die vryladingvergelyking, kan die totale druk wat op die drie oppervlaktes van die skyf inwerk, afgelei word.

Die bedryfsfrekwensiereeks van die piëzo-elektriese skyftipe ultrasoniese transducer is tussen 2225 kHz. Wanneer daar relatiewe beweging is tussen die omskakelaar en die teiken wat gemeet word, kan die frekwensie van die eggo-sein buite die werkende band van die omvormer val as gevolg van die doppler-effek. Daar is twee maniere om hierdie probleem op te los: eerstens, die gebruik van twee of meer transduktors met verskillende resonante (sentrale) frekwensies om 'n skikking te vorm, dit wil sê om frekwensiebande van veelvuldige transducers te superponeer, is om die omskakelaar en bandwydte van die skikking uit te brei; die gekombineerde transduktorstruktuur word gebruik om die ontvangsfrekwensie van die transducerbandwydte in die transmissieband van die ultrasoniese afstandmetingsensor te maak.

 Eersgenoemde is 'n groot skikkingstruktuur wat dikwels deur onderwatersonars gebruik word; laasgenoemde is die struktuurskema wat in hierdie vraestel voorgestel word, wat voordeel trek uit die klein grootte, lae koste en hoë sensitiwiteit van die omskakelaar, en die omskakelaar as 'n hulpontvanger by die druk versprei. Rondom die elektriese skyf-omskakelaar (ontvangs- en uitstuurtipe) word 'n sirkelvormige reeks transduktors gevorm, wat die gekombineerde transduktor in staat stel om eggo-seine buite die band van die piëso-elektriese skyf-omskakelaar te ontvang. As 'n voertuiggemonteerde afstandsensor is dit meer prakties om 'n bewegende voorwerp wat teen 'n hoë spoed nader, betroubaar te kan bespeur as om 'n bewegende voorwerp wat ver weg is, op te spoor. Dit kan uit die doppler-effek bekend wees dat wanneer die ultrasoniese golf op 'n aankomende hoëspoed-bewegende teiken inwerk, die frekwensie van die eggo-sein wat teruggereflekteer word opwaarts geskuif sal word (hoër as die frekwensie van die uitgesaaide sein). Vir hierdie doel moet die laer bedryfsfrekwensie van die ringvormige reeks van die ultrasoniese afstandsensor hoër wees as die boonste bedryfsfrekwensie van die primêre transducer.