Výběr režimu vibrací piezoelektrického keramického měniče

 The piezoelektrická keramika vibruje působením vnějšího střídavého elektrického pole k vybuzení ultrazvukových vln. Běžné vibrační režimy piezoelektrické keramiky jsou vibrace natahování, vibrace v ohybu a vibrace ve smyku. Běžně používané režimy teleskopických vibrací piezoelektrických keramických vibrátorů se dále dělí na režim délkové vibrace, režim radiální vibrace a režim vibrační tloušťky. Zobrazí se režim vibrací tloušťky disku. Vibrátor má tvar disku a směr polarizace a aplikované elektrické pole jsou paralelní se směrem tloušťky a vibrátor vibruje ve směru tloušťky. Základní rezonanční frekvence tohoto vibračního módu je nepřímo úměrná tloušťce. Použitelný frekvenční rozsah je 30 až 100 kHz a relativní šířka pásma je v rozmezí 1 až 4 9/5.

Pokud dva protáhlé Keramické polokoule Pzt o stejné tloušťce a polarizované jsou vzájemně spojeny, při působení budícího elektrického pole může dojít ke generování ohybových vibrací, které způsobí prodloužení jedné z desek a zkrácení druhé. Dva keramické desky, které jsou spojeny, jsou polarizovány v opačných směrech a připojeny k napájení v sérii; Obrázek 3b ukazuje paralelní spojení dvou keramických plátů se stejným směrem polarizace. U dvou keramických lepicích fólií budí elektrické pole pouze jednu z nich, aby se vytvořily ohybové vibrace. Podobně ohýbání dva Piezoelektrické keramické desky měničů na tenkém kovovém plechu nebo spojení keramického plechu s tenkým kovovým plechem může také způsobit ohybové vibrace. Rezonanční frekvence tloušťkového ohybového vibračního módu souvisí se vztahem mezi délkou z listu a celkovou tloušťkou t lepicí fólie. Mezi nimi je IV frekvenční konstanta. Režim vibrací v ohybu tloušťky se vztahuje na frekvence v rozsahu od 500 Hz do 100 kHz. Velikost takových vibrátorů je obecně (šířka keramické desky) Z (6 ~ 10) při tréninku ≥ 3,5 t. Režim tloušťkové smykové vibrace je charakterizován povrchem elektrody rovnoběžným se směrem polarizace. Ve střídavém elektrickém poli generuje plech piezoelektrického válce smykové vibrace ve směru tloušťky. Režim tloušťkového smyku se snadněji budí a používá se hlavně ve vysokofrekvenčním rozsahu 10 až 60 kHz, který zde nebude podrobně popisován. V ultrazvukovém dálkoměru vysílá piezoelektrický měnič ultrazvukové vlny.

Je požadováno, aby amplituda vibrací vibrátoru byla velká, proto je vhodnější použít režim ohybových vibrací. Současně, protože akustická impedance piezokeramických misek je extrémně nízká, je pro obecný piezoelektrický materiál nemožné dosáhnout s ní impedančně přizpůsobení, a proto musí být realizována pomocí přechodové vrstvy. Bylo zjištěno, že piezoelektrický keramický kus je připojen k tenkému kovovému kusu a piezoelektrická keramika se používá jako zdroj buzení pro generování režimu ohybové vibrace, který má velkou amplitudu a malou akustickou impedanci a může dosáhnout přizpůsobení akustické impedance vzduchu. Ve formě keramického plechu a tenké kovové plechové spojovací struktury může tenký plech sloužit také jako ochranný film k ochraně piezoelektrické keramiky a elektrod před opotřebením a poškozením. Materiál může být vybrán z vysoce stabilní slitiny nikl-chrom-titan. Protože čím tenčí je kovový kus, tím vyšší je vratná propustnost akustického tlaku, je kovový kus navržen tak, aby byl tenký, obecně asi 0,1 mm.

 Tvar a velikost vibrátoru

V ultrazvukovém dálkoměru je požadováno, aby vysílané ultrazvukové pole mělo vějířovitý tvar a za zdroj vln se považuje obdélníkový vibrátor. Pro kmitání pístu se používá zdroj obdélníkových vln délky a šířky a zvukové pole podélných vln vyzařované v plynném médiu je podobné jako u diskového zdroje. Hlavním paprskem piezoelektrického keramického disku je čtyřúhelníkový jehlan, který je perspektivním pohledem na směrový hlavní lalok obdélníkového zdroje vln.