Akustická impedance diskového piezoelektrického vibrátoru

Piezoelektrické kotoučové měniče diskutují o výhodách a nevýhodách různých forem ultrazvukových měničů. Vzhledem k výkonu, montážním rozměrům a provoznímu testování ultrazvukových snímačů rozsahu jsou piezoelektrické keramické disky zvoleny radiální / tloušťka vibračního režimu je vibrátor ultrazvukového měniče. Diskové piezoelektrické vibrátory pracují při frekvencích od 20 kHz do 120 kHz. Z akustické teorie je známo, že diskový piezoelektrický vibrátor o velkém průměru, pracující v nízkofrekvenčním pásmu, je vyvinut pro vyvinutí velké vzdálenosti a silné směrovosti. Za prvé, metoda návrhu diskové piezoelektrické transdukce má technologii akustického impedančního přizpůsobení a elektromechanického impedančního přizpůsobení. Je studován teoretický problém radiální/tloušťkové vibrace. Poté je diskutován návrh a výroba kombinovaného převodníku.

Schematický diagram rozložení axiálního posunu diskového piezoelektrického vibrátoru je soustředěn ve středu vyzařovací plochy disku, proto je při stejných konstrukčních rozměrech směrová charakteristika piezoelektrického měniče diskového typu (radiální/tloušťkový vibrační režim) lepší než u pístového piezoelektrického měniče (čisté směrové charakteristiky tloušťkového vibračního režimu). Aby bylo možné určit konstrukční velikost diskového ultrazvukového snímače pro měření vzdálenosti, lze odhadnout relativní výchylku R (poloměr) energie vibrací piezoelektrického vibrátoru výpočtem vzorce šířky paprsku (3.11b) piezoelektrického vibrátoru pístového typu pro odhad diskového piezoelektrického vibrátoru. Za předpokladu, že diskový piezoelektrický vibrátor pracuje na frekvenci 25 kHz, je vlnová délka ultrazvukové vlny ve vzduchu asi 13,6 mm. Pokud se požaduje, aby šířka paprsku měniče byla 3 dB, poloměr piezoelektrického vibrátoru diskového typu je R, měl by být alespoň stejný jako piezoelektrický keramický a piezoelektrický keramický disk s poloměrem R=0,045 m je ve skutečnosti zvolen jako vibrátor měniče. Čím větší je poloměr kotouče, tím výhodnější je zlepšit směrovou charakteristiku kotoučového piezoměniče. Jako převodník je použit keramický materiál PZT-5.

Akustické impedanční přizpůsobení je, když nesoulad poměrů akustické impedance ultrazvukového snímače vzdálenosti nejen snižuje přenosový koeficient rozhraní, ale také způsobuje, že piezoelektrický vibrátor rezonuje s vysokou hodnotou, to znamená, že pracovní frekvenční pásmo je úzké a zbytková doba tvaru vlny je dlouhá, což vážně ovlivňuje sondu. Vysílací/přijímací citlivost, axiální rozlišení a kapacita kanálu mají tomuto jevu zabránit, je nutné použít antagonistickou techniku ​​přizpůsobení akustické impedanci a vyzařovací povrch piezoelektrického vibrátoru má vysoký poměr akustické impedance, který není v přímém kontaktu s plynným médiem, které má velmi nízký poměr akustické impedance. 

V tomto měniči jsou použity tři různé odpovídající materiály k postupnému přechodu z vyzařovací plochy piezoelektrického vibrátoru s vysokou akustickou impedancí na vzduchové médium s nízkou akustickou impedancí. Tato technika přizpůsobení je založena na poskytované vodní výměně zvuku. Metoda energetického přizpůsobení. V tabulce jsou poměry akustické impedance podkladu, piezoelektrického prvku, materiálu odpovídajícímu i-té vrstvě a zatížení zaznamenány jako ZB, Zo, Z, ZLo, protože poměr akustické impedance ZL vzduchu je 411 Pa·s/m, což je mnohem menší než akustická impedance piezoelektrického vibrátoru je Zo. Pro impedanční přizpůsobení by proto měly být použity různé odpovídající ultrazvukové snímače hloubky, aby poměr akustické impedance přecházel z vysokého (vyzařující povrch piezoelektrického disku) do nízkého 'hladkého' přechodu do vzduchového středního zatížení. Také s ohledem na akustický útlum materiálu odpovídající vrstvy. Téměř ve všech teoretických analýzách a inženýrské praxi je tloušťka odpovídající vrstvy brána jako (a je vlnovou délkou akustické vlny materiálu odpovídající vrstvy) a nazývá se 'čtvrtvlnná přizpůsobovací vrstva'. Vzhledem ke změně frekvenčních charakteristik snímače po nanesení přizpůsobovací vrstvy by měla být tloušťka přizpůsobovací vrstvy také vynásobena koeficientem tloušťky a hodnota je brána .