Resonansydelse af cylindrisk piezoelektrisk transducer(2)

Designet af denne cylindriske transducer er at realisere den elektroakustiske konvertering ved at bruge tykkelsesvibrationen af ​​1-3-2 kompositmaterialeelementet for at opnå den ensartede retningsbestemmelse i vandret retning. Transducerens designfrekvens er 74kHz. For at analysere og forudsige resonansfrekvensen af ​​den piezoelektriske transducer, bruges den endelige elementanalysesoftware til at simulere transduceren. En ottendedel af den cylindriske række af  PZT-materiale piezokeramik er valgt, det vil sige, at et stykke 1-3-2 kompositmaterialestrimmel og bagside modelleres. Størrelsen af ​​kompositmaterialet er nøjagtig den samme som prøvens faktiske størrelse. Bagsidens ydre diameter er 60 mm, tykkelsen af ​​rørvæggen er 5 mm, og højden er 15 mm. Figuren viser tykkelsen af ​​vibrationstilstanden for et element i transduceren, og dens resonansfrekvens er 73,9 kHz.

Resonansydelsen af ​​de to transducere i lyddæmperpuljen blev målt eksperimentelt, og admittanskurverne for de to transducere var næsten de samme, så produktionsprocessen var gennemførlig, og prøverne havde god konsistens. Vandadmittanskurven for en af ​​de cylindriske piezoelektriske transducere målt med en præcisionsimpedansanalysator vises. Resonansfrekvensen er 72 kHz. Sammenligningen mellem de to figurer viser, at måleresultaterne i vand ligger meget tæt på simuleringsresultaterne. Dette viser, at vibrationsfrekvensen af ​​den cylindriske transducerprøve grundlæggende opfylder designkravene.

 ydelsesmåling af transducer

Det automatiske akustiske kalibreringssystem blev brugt til at måle ydeevnen af ​​to sammensatte cylindriske akustiske vandtransducere, såsom transmissionsspændingsrespons, modtagespændingsfølsomhed og retningsbestemmelse. Målefrekvensen var fra 20 til 100 kHz. Eksperimentet blev udført i lyddæmpningsbassinet i det akustiske målecenter på Great Wall Radio Factory. Ydeevnen for de to transducere er ens, og de relative afvigelser er inden for 5 %. Udførelsen af ​​en af ​​de PZT41materiale piezoelektrisk strimmel vælges til analyse. Transmissionsspændingsresponsen varierer med frekvensen. Den maksimale værdi er 139dB, og 3dB-båndbredden er 7kHz. Transducerens modtagefølsomhed måles inden for et frekvensområde på 20 til 60 kHz, og dens modtagespændingsfølsomhed er -212. (Bølget jord 4dB). Direktivitetsmåleresultaterne for transduceren viser, at transduceren grundlæggende har en retningsvirkning på vandret 360, men udsvinget er stort, hvilket primært skyldes, at intervallet mellem transducerens array-elementer er for stort. Piezo-elementets strålingsareal er lille. Det lodrette retningsdiagram viser, at 3dB-strålebredden i transducerens lodrette retning er 12°.

I den piezoelektriske sammensatte cylindriske transducer er kompositelementet 10 mm tykt, og når diameteren af ​​piezocylinderen er 70 mm, er resonansfrekvensen omkring 72 KHz. Hvis tykkelsen af ​​det sammensatte piezoelement reduceres, og cylinderens diameter reduceres, vil resonansfrekvensen af piezo disc transducer materiale kan øges yderligere, så når diameteren af ​​transduceren er større, kan en højere resonansfrekvens opnås, hvorved ren piezoelektricitet forbedres. Når den piezokeramiske cylindriske transducer har en højere resonansfrekvens, er dens volumen mindre, og den er vanskelig at behandle. Samtidig har den 1-3-2 sammensatte cylindriske transducer en større båndbreddeforbedring end den piezoelektriske keramiske cylindriske transducer med samme frekvens, og emissionsspændingsresponsen er sammenlignelig med piezokeramik.

Fordi designstrukturen af ​​den piezoelektriske transducer er lidt anderledes end strukturen efter fremstilling, og fremstillingsprocessen skal forbedres, er transducerens ydeevne lidt lavere end det forventede beregningsresultat. Derudover er strålingsarealet af transducer-array-elementerne lille, og vibrationsenergien af ​​hvert array-element er fordelt langs omkredsen, hvilket resulterer i lavere modtagefølsomhed. Men ved at øge arealet af den udstrålende overflade af array-elementet, reducere tykkelsen af ​​array-elementet og reducere afstanden mellem array-elementerne, kan transducerens modtagefølsomhed forbedres, og ensartetheden af ​​transducerens horisontale orientering kan også forbedres.