Valg af vibrationstilstand for piezoelektrisk keramisk transducer

 De piezoelektrisk keramik vibrerer under påvirkning af et eksternt vekslende elektrisk felt for at excitere ultralydsbølger. De almindelige vibrationstilstande for piezoelektrisk keramik er strækvibrationer, bøjningsvibrationer og forskydningsvibrationer. De almindeligt anvendte teleskopiske vibrationstilstande af piezoelektriske keramiske vibratorer er yderligere opdelt i en længdevibrationstilstand, en radial vibrationstilstand og en tykkelsesvibrationstilstand. Vibrationstilstanden for skivetykkelsen vises. Vibratoren er i form af en skive, og polarisationsretningen og det påførte elektriske felt er begge parallelle med tykkelsesretningen, og vibratoren vibrerer i tykkelsesretningen. Grundresonansfrekvensen for denne vibrationstilstand er omvendt proportional med tykkelsen. Det gældende frekvensområde er 30 til 100 kHz, og den relative båndbredde er inden for 1 til 4 9/5.

Hvis to aflange Pzt keramiske halvkugleplader af samme tykkelse og polariserede er bundet sammen, bøjningsvibrationer kan genereres, når et spændende elektrisk felt påføres for at få en af ​​pladerne til at blive forlænget og den anden forkortet. De to keramiske plader, der er bundet, er polariseret i modsatte retninger og forbundet til strømforsyningen i serie; Figur 3b viser parallelforbindelsen af ​​to keramiske plader med samme polarisationsretning. I to keramiske klæbende plader exciterer det elektriske felt kun én af dem for at generere bøjningsvibrationer. Tilsvarende bøjning to piezoelektriske keramiske transducerplader på en tynd metalplade eller limning af en keramisk plade til en tynd metalplade kan også producere bøjningsvibrationer. Resonansfrekvensen af ​​tykkelsesbøjningsvibrationstilstanden er relateret til forholdet mellem længden z af arket og den samlede tykkelse t af det klæbende ark. Blandt dem er IV en frekvenskonstant. Tykkelsebøjningsvibrationstilstanden gælder for frekvenser fra 500 Hz til 100 kHz. Størrelsen af ​​sådanne vibratorer er generelt (bredden af ​​den keramiske plade) Z (6 ~ 10) med træning ≥ 3,5 t. Tykkelsesforskydningsvibrationstilstanden er karakteriseret ved, at elektrodeoverfladen er parallel med polarisationsretningen. I det vekslende elektriske felt genererer den piezoelektriske cylinderkomponentplade forskydningsvibrationer i tykkelsesretningen. Tykkelsesforskydningstilstanden er lettere at blive ophidset og bruges hovedsageligt i højfrekvensområdet på 10 til 60 kHz, som ikke vil blive beskrevet i detaljer her. I en ultralydsafstandsmåler udsender den piezoelektriske transducer ultralydsbølger.

Det kræves, at amplituden af ​​vibratorvibrationen er stor, så det er at foretrække at bruge bøjningsvibrationstilstanden. På samme tid, fordi den akustiske impedans af piezokeramiske skåle er ekstremt lav, er det umuligt for et generelt piezoelektrisk materiale at opnå impedanstilpasning med det, og derfor skal det realiseres ved hjælp af et overgangslag. Det har vist sig, at det piezoelektriske keramiske stykke er bundet til det tynde metalstykke, og det piezoelektriske keramik bruges som excitationskilde til at generere en bøjningsvibrationstilstand, som har en stor amplitude og en lille akustisk impedans og kan opnå akustisk impedanstilpasning med luft. I form af en keramisk plade og en tynd metalpladebindingsstruktur kan den tynde metalplade også tjene som en beskyttende film for at beskytte den piezoelektriske keramik og elektroder mod slid og beskadigelse. Materialet kan vælges fra højstabil nikkel-chrom-titanium-legering. Da jo tyndere metalstykket er, jo højere er lydtryks frem- og tilbagegående transmittans, metalstykket er designet til at være tyndt, generelt omkring 0,1 mm.

 Vibrator form og størrelse

I en ultralydsafstandsmåler kræves det, at det transmitterede ultralydsfelt er vifteformet, og en rektangulær vibrator betragtes som en bølgekilde. En rektangulær bølgekilde af længde og bredde bruges til stempelvibrationer, og det langsgående bølgelydfelt, der udstråles i gasmediet, svarer til skivekilden. Hovedstrålen på den piezoelektriske keramiske skive er en firkantet pyramide, som er et perspektivbillede af den retningsbestemte hovedlob af den rektangulære bølgekilde.