Акустычны імпеданс дыскавага п'езаэлектрычнага вібратара

П'езаэлектрычны дыск тыпу пераўтваральнікаў абмеркаваць перавагі і недахопы розных формаў ультрагукавога пераўтваральніка. Улічваючы прадукцыйнасць, мантажныя памеры і натурныя выпрабаванні ультрагукавых датчыкаў, п'езаэлектрычныя керамічныя дыскі выбіраюцца радыяльна/ таўшчыня рэжыму вібрацыі - вібратар ультрагукавога пераўтваральніка. Дыскавыя п'езаэлектрычныя вібратары працуюць на частотах ад 20 кГц да 120 кГц. З акустычнай тэорыі вядома, што п'езаэлектрычны вібратар вялікага дыяметра дыскавага тыпу, які працуе ў дыяпазоне нізкіх частот, распрацаваны для развіцця вялікай адлегласці і моцнай накіраванасці. Па-першае, метад праектавання дыскавага п'езаэлектрычнага пераўтваральніка мае тэхналогію ўзгаднення акустычнага і электрамеханічнага імпедансу. Даследуюцца тэарэтычныя праблемы радыяльнай/таўшчынёвай вібрацыйнай вібрацыі. Затым абмяркоўваюцца дызайн і выраб камбінаванага пераўтваральніка.

Прынцыповая дыяграма размеркавання восевага зрушэння п'езаэлектрычнага вібратара дыскавага тыпу сканцэнтравана ў цэнтры выпраменьвальнай паверхні дыска, таму пры аднолькавых структурных памерах характарыстыка накіраванасці п'езаэлектрычнага пераўтваральніка дыскавага тыпу (рэжым вібрацыі радыяльны/таўшчыня) лепшая, чым у п'езаэлектрычнага пераўтваральніка поршневага тыпу (чыстыя характарыстыкі накіраванасці таўшчыні рэжым вібрацыі). Каб вызначыць структурны памер ультрагукавога датчыка дыскавага тыпу для вымярэння адлегласці, можна ацаніць адноснае зрушэнне энергіі вібрацыі R (радыус) п'езаэлектрычнага вібратара, вылічыўшы формулу шырыні пучка (3.11b) п'езаэлектрычнага вібратара поршневага тыпу для ацэнкі п'езаэлектрычнага вібратара дыскавага тыпу. Пры ўмове, што дыскавы п'езаэлектрычны вібратар працуе на частаце 25 кГц, даўжыня хвалі ультрагукавой хвалі ў паветры складае каля 13,6 мм. Калі шырыня прамяня пераўтваральніка павінна складаць 3 дБ, радыус дыскавага п'езаэлектрычнага вібратара R павінен быць як мінімум роўны радыусу п'езаэлектрычнай керамікі, а п'езаэлектрычны керамічны дыск з радыусам R=0,045 м фактычна абраны ў якасці вібратара пераўтваральніка. Чым больш радыус дыска, тым больш выгадна палепшыць характарыстыкі накіраванасці дыскавага п'езаэлектрычнага пераўтваральніка. У якасці пераўтваральніка выкарыстоўваецца керамічны матэрыял PZT-5.

Адпаведнасць акустычнага імпедансу - гэта калі неадпаведнасць суадносін акустычнага імпедансу ультрагукавога датчыка адлегласці не толькі зніжае каэфіцыент перадачы інтэрфейсу, але і прымушае п'езаэлектрычны вібратар рэзанаваць з высокім значэннем, гэта значыць рабочая паласа частот вузкая, а рэшткавы час формы сігналу вялікі, што сур'ёзна ўплывае на зонд. Адчувальнасць перадачы/прыёму, восевая раздзяляльнасць і прапускная здольнасць канала - каб пазбегнуць гэтай з'явы, неабходна выкарыстоўваць антаганістычную тэхніку ўзгаднення акустычнага імпедансу, а выпраменьвальная паверхня п'езаэлектрычнага вібратара, якая мае высокі каэфіцыент акустычнага імпедансу, не кантактуе непасрэдна з газападобным асяроддзем, якое мае вельмі нізкі каэфіцыент акустычнага імпедансу. 

У гэтым пераўтваральніку выкарыстоўваюцца тры розныя адпаведныя матэрыялы для паступовага пераходу ад выпраменьвальнай паверхні п'езаэлектрычнага вібратара з высокім акустычным супрацівам да паветранага асяроддзя з нізкім гукавым супрацівам. Гэтая методыка ўзгаднення заснавана на забяспечаным водным гукаабмене. Метад энергетычнага ўзгаднення. У табліцы суадносіны акустычнага супраціўлення падкладкі, п'езаэлектрычнага элемента, адпаведнага матэрыялу i-га пласта і нагрузкі адпаведна запісаны як ZB, Zo, Z, ZLo, таму што каэфіцыент акустычнага супраціўлення ZL паветра роўны 411 Па·с/м, што значна менш, чым акустычны імпеданс п'езаэлектрычнага вібратара Zo. Такім чынам, для ўзгаднення імпедансу варта выкарыстоўваць розныя адпаведныя ультрагукавыя датчыкі глыбіні, каб каэфіцыент акустычнага імпедансу пераходзіў ад высокага (выпраменьвальная паверхня п'езаэлектрычнага дыска) да нізкага 'плыўнага' пераходу да паветранай сярэдняй нагрузкі. Таксама ўлічваецца акустычнае згасанне матэрыялу адпаведнага пласта. Амаль ва ўсім тэарэтычным аналізе і інжынернай практыцы таўшчыня ўзгадняючага пласта прымаецца за (і з'яўляецца даўжынёй хвалі акустычнай хвалі матэрыялу ўзгадняючага пласта) і называецца 'слоем узгаднення чвэрці даўжыні хвалі'. Улічваючы змяненне частотных характарыстык пераўтваральніка пасля нанясення адпаведнага пласта, таўшчыню адпаведнага пласта трэба таксама памножыць на каэфіцыент таўшчыні, і браць значэнне.