Akustisk impedans af en piezoelektrisk vibratortransducer af disktype

Transducere af piezoelektrisk disktype diskuterer fordele og ulemper ved forskellige former for ultralydstransducere. I betragtning af ydeevnen, monteringsdimensionerne og feltprøvningen af ​​ultralydsafstandssensorer, vælges piezoelektriske keramiske skiver radialt/tykkelsen af ​​vibrationstilstanden er vibratoren for ultralydstransduceren. Skive piezoelektriske vibratorer fungerer ved frekvenser fra 20 kHz til 120 kHz. Det er kendt fra den akustiske teori, at den piezoelektriske vibrator af skivetypen med stor diameter arbejder i lavfrekvensbåndet og er udviklet til at udvikle en stor afstand og stærk retningsbestemmelse. For det første har designmetoden for diskens piezoelektriske transducer den akustiske impedanstilpasning og elektromekaniske impedanstilpasningsteknologi. Det teoretiske problem med den radiale/tykkelsesvibrerende vibration studeres. Derefter diskuteres design og fremstilling af den kombinerede transducer.

Skematisk diagram af aksial forskydningsfordeling af en piezoelektrisk vibrator af skivetypen er koncentreret i midten af skivens udstrålende overflade, derfor er retningskarakteristikken for den piezoelektriske transducer af skivetypen (radial-/tykkelsesvibrerende tilstand) for de samme strukturelle dimensioner overlegen i forhold til den piezoelektriske transducerzos retningskarakteristik i stempel-pure-retningen (den stempel-pure retnings tykke transducerzo-karakteristik). tilstand). For at bestemme den strukturelle størrelse af den skive-type ultralydssensor til at måle afstand, kan vibrationsenergiens relative forskydning R (radius) af den piezoelektriske vibrator estimeres ved at beregne strålebreddeformlen (3.11b) for den stempel-type piezoelektriske vibrator for at estimere den skive-type piezoelektriske vibrator. Hvis vi antager, at den piezoelektriske skivevibrator fungerer ved en frekvens på 25 kHz, er bølgelængden af ​​ultralydsbølgen i luften omkring 13,6 mm. Hvis det kræves, at transducerens strålebredde er 3 dB, skal radius af den piezoelektriske vibrator af skivetypen R være mindst lig med den piezoelektriske keramik, og en piezoelektrisk keramisk skive har en radius på R=0,045 m, og den er faktisk valgt som transducervibrator. Jo større radius af disken er, desto mere fordelagtigt er det at forbedre retningsegenskaberne for diskens piezoelektriske transducer. PZT-5 keramisk materiale bruges som transducer.

Akustisk impedanstilpasning er, når uoverensstemmelsen mellem de akustiske impedansforhold for ultralydsafstandssensoren ikke kun reducerer grænsefladens transmissionskoefficient, men også får den piezoelektriske vibrator til at resonere ved en høj værdi, det vil sige, at arbejdsfrekvensbåndet er smalt, og bølgeformens resterende tid er lang, hvilket i alvorlig grad påvirker sonden. Sende/modtage følsomhed, aksial opløsning og kanalkapacitet er for at undgå dette fænomen, det er nødvendigt at bruge akustisk impedanstilpasning antagonistisk teknik, og den udstrålende overflade af den piezoelektriske vibrator har et højt akustisk impedansforhold, kommer ikke direkte i kontakt med det gasformige medium, som har et meget lavt akustisk impedansforhold. 

I denne transducer bruges tre forskellige matchende materialer til gradvist at gå fra den udstrålende overflade af den piezoelektriske vibrator med høj akustisk impedans til luftmediet med lav akustisk impedans. Denne matchningsteknik er baseret på den medfølgende vandlydudveksling. Energitilpasningsmetode. I tabellen er de akustiske impedansforhold for bagbeklædningen, det piezoelektriske element, det i-lagsmatchende materiale og belastning henholdsvis registreret som ZB, Zo, Z, ZLo, fordi luftens akustiske impedansforhold ZL er 411 Pa·s/m, hvilket er meget mindre end den akustiske vibrator af den piezoelektriske impedans er Zoelektrisk. Derfor bør en række matchende ultralydsdybdesensorer bruges til impedanstilpasning, så det akustiske impedansforhold går fra en høj (piezoelektrisk skive-udstrålende overflade) til en lav 'glat' overgang til en luftmediumbelastning. Også i betragtning af den akustiske dæmpning af det matchende lagmateriale. I næsten al teoretisk analyse og ingeniørpraksis tages tykkelsen af ​​det matchende lag som (og er bølgelængden af ​​den akustiske bølge af det matchende lagmateriale) og kaldes det 'kvart-bølgelængde-tilpasningslag'. I betragtning af ændringen af ​​transducerens frekvenskarakteristika, efter at det matchende lag er påført, skal tykkelsen af ​​det matchende lag også multipliceres med en tykkelseskoefficient, og værdien tages.