وضع الاهتزاز الشعاعي لمحول الطاقة بالموجات فوق الصوتية

نمذجة وتجربة محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية في الوسط الهوائي، نطاق التردد لـ أجهزة الاستشعار بالموجات فوق الصوتية ضيقة بشكل عام، مما يؤثر بشكل مباشر على أداء الكشف عن الأهداف المتحركة عالية السرعة. من أجل حل النطاق الضيق لمستشعر الموجات فوق الصوتية، يمكن استخدام محول طاقة صغير مصغر كمستقبل مساعد في محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية المدمج لتوسيع عرض النطاق الترددي المستقبل لمحول الطاقة المدمج. محول الطاقة هو نوع شد انثناء لمحول طاقة معدني كهرضغطي مركب، والذي يتكون من قشرتين معدنيتين رفيعتين الشكل يقعان في رقاقة سيراميك كهرضغطية (هزاز كهرضغطية) مستقطبة في اتجاه السُمك. تحت إثارة المجال الكهربائي المتناوب بتردد الموجات فوق الصوتية، يتم تحويل اهتزاز التمدد عالي المقاومة ونصف القطر الصغير للهزاز الكهرضغطي إلى إزاحة ذات مقاومة منخفضة ومحور كبير لتجويف القشرة المعدنية الرقيقة، ويتم تشعيع الموجة فوق الصوتية إلى وسط الهواء. على العكس من ذلك، عندما تعمل الموجات فوق الصوتية على محول الطاقة، يتشوه الغلاف المعدني الرقيق، مما يتسبب في تعرض الهزاز الكهرضغطي لاهتزاز تمدد شعاعي وتوليد شحنة متناوبة بين القطبين الكهربائيين. هذا هو مبدأ العمل الأساسي لمحول الطاقة كمولد وجهاز استقبال بالموجات فوق الصوتية. إنها مناسبة جدًا لصنع إزاحة صغيرة وخفيفة الوزن ومحرك إزاحة صغير كبير الحجم وجهاز استقبال بالموجات فوق الصوتية صغير الحجم مع تردد رنين أقل. آثار المعلمات المادية والهيكلية لل يعد محول المسافة بالموجات فوق الصوتية على أوضاع الاهتزاز الشعاعية والطولية شرطًا أساسيًا لتصميم وتصنيع محول الطاقة.

وضع الاهتزاز الشعاعي للمحول

وضع الاهتزاز الشعاعي لل يرتبط مستشعر تحديد المدى بالموجات فوق الصوتية ارتباطًا وثيقًا بالمجال الكهربائي المثير المطبق، ويتم اشتقاق المعلمات المادية والهيكلية للهزاز الكهروإجهادي بينهما أدناه. يتم استقطاب الهزاز الكهرضغطي على طول اتجاه المحور Z (أي الاتجاه المحوري)، ونصف قطره هو Ro، وسمكه هو؛ الجزء السفلي من التجمع على شكل حلقة، وقطره الخارجي هو Ro، وقطره الداخلي هو R، بافتراض تطبيق مجال كهرضغطية متناوب على المستويين الدائريين للهزاز، ويكون ناقل الإجهاد T ومتجه قوة المجال الكهربائي E متغيرين مستقلين، ومتجه الإجهاد S ومتجه الإزاحة الكهربائية D متغيرين تابعين، ثم تشكل الإحداثيات الأسطوانية ((r، 8، z) يمكن التعبير عن المعادلة الكهرضغطية حيث s هو المرونة المصفوفة الثابتة المتوافقة للمادة الكهروضغطية في ظل ظروف المجال الكهربائي الثابتة، تمثل d المصفوفة الثابتة للإجهاد الكهرضغطي، وT هي المصفوفة الثابتة العازلة الحرة للمادة الكهرضغطية مرتبطة بالهزاز الكهرضغطي لتشكيل مركب سيراميكي كهرضغطي معدني. إنه تردد الرنين المحوري لمحول الطاقة.

بما أن ارتفاع H للإسكان صغير، فهذا يعني أن الاهتزاز الطبيعي لل يمكن دراسة مستشعر قياس المسافة بالموجات فوق الصوتية تقريبًا وفقًا للاهتزاز المتماثل للوحة الرقيقة الدائرية المحصورة بالمحيط. من المعروف أن اللوح الرقيق الدائري ذو نصف قطر R متماثل حول المحور Z، والحمل المطبق على حدوده متماثل أيضًا حول المحور Z، لذلك يجب أن يكون السطح المنحني المرن للوحة الرقيقة متماثلًا حول المحور Z. ولذلك، فإن تحليل الاهتزاز الحر للوحة الرقيقة في نظام الإحداثيات القطبية يمكن أن يبسط هذه المشكلة. دع انحراف اللوحة الرقيقة الدائرية في أي لحظة أثناء عملية الاهتزاز. ثم يمكن التعبير عن المعادلة التفاضلية للاهتزاز الحر التي تصف نوع الساندويتش المحيطي.

محول بالموجات فوق الصوتية طويلة المدى

محول بالموجات فوق الصوتية مع الخصائص الفيزيائية