ارتعاش محوری مبدل های اولتراسونیک

ساختار دیسک چند گره مبدل های اولتراسونیک ، عملکرد شاخ تقویت دامنه اولتراسونیک است و دیسک بزرگ می تواند نشان دادن مبدل را بهبود بخشد. اصل کار این نوع مبدل اتصال یک شیپور مخروطی طولی و ویبراتور پیزوالکتریک طولی برای ارتعاش محیط هوا است. هنگامی که لرزش چند حالته رخ می دهد، دایره های گام های متعددی روی دیسک پیزو ایجاد می شود. در دو طرف دایره گام، نقاط ارتعاشی روی سطح دیسک دارای فازهای مخالف هستند، به طوری که میدان صوتی تابیده شده با لغو فاز مخالف تضعیف می شود. برای غلبه بر این نقص، ضخامت یک دیسک کناری دایره گام را می توان با یک طول موج تغییر داد تا یک شیار مقعر محدب ایجاد کند تا اختلاف فاز بین دایره های گام را جبران کند و در نتیجه راندمان تابش مبدل را بهبود بخشد. 

بسیاری از مؤسسات تحقیقاتی مرتبط و تولیدکنندگان در داخل و خارج از کشور برای توسعه و تولید چنین مواردی وجود دارند مبدل فاصله اولتراسونیک . در حال توسعه مبدل های توپوگرافی اولتراسونیک با فاصله کاری حدود 15 متر (بنیاد ملی علوم طبیعی و پروژه تامین مالی برنامه ملی، مبدل های سطح تولید شده توسط شرکت Milltronics کانادا، همه متعلق به مبدل های دیسک چند طول موج هستند.

آزمایش‌ها نشان می‌دهند که وقتی مبدل در فرکانس 24 کیلوهرتز کار می‌کند و قطر دیسک بیشتر از 240 میلی‌متر است. مبدل دیسک چند سگمنت دارای مزایای حساسیت بالا، فاصله کاری زیاد (حدود 15 متر) و اتصال چند موجی نیم زاویه پرتو کوچک است. معایب مدار سنسور فاصله مافوق صوت اندازه بزرگی دارد و فرآیند ساخت آن پیچیده است.

نمودار مبدل ساندویچی یک ساختار مبدل اولتراسونیک معمولی است که از یک صفحه پوششی جلو و عقب، یک ویبراتور پیزوالکتریک و یک پیچ استرس تشکیل شده است. جایی که پوشش عقب به طور کلی به شکل یک استوانه است. پوشش جلویی بیشتر به شکل یک شاخ مخروطی است تا ناحیه تابش را در کاربرد صوتی زیر آب افزایش دهد، فلر معمولاً برش داده می شود یا تا حدی بریده می شود تا متناسب با ساختار آرایه باشد. ویبراتورهای پیزوالکتریک در وسط عمدتاً دیسک های سرامیکی پیزوالکتریک پلاریزه شده طولی هستند یا می توانند لوله های سرامیکی پیزوالکتریک پلاریزه شعاعی باشند. پیچ های فشاری با مقاومت بالا برای بستن روکش های جلو و عقب و ویبره های پیزوالکتریک استفاده می شود. ساختار مبدل اولین بار توسط فیزیکدان فرانسوی لانگ ژیوان پیشنهاد شد، بنابراین به عنوان مبدل لانگوین نیز شناخته می شود.

مبدل‌های تولید شده توسط Bindicator ایالات متحده، سری WSS مبدل‌های سطح Sense of Germany و سری XTC/XPS مبدل‌های سطح Milltronics کانادا نیز ساختار ساندویچی دارند. به عنوان یک سنسور اندازه‌گیری فاصله ، فرکانس کاری مبدل ساندویچ معمولاً بین 15 کیلوهرتز و 60 کیلوهرتز است و مقدار پیک به پیک ولتاژ پالس برای برانگیختن ویبراتور پیزوالکتریک معمولاً 3200 ولت است و یک لایه تطبیق صوتی خوب به سطح تابش متصل می‌شود. چنین مبدل هایی قادر به تولید انرژی صوتی بالا هستند. مبدل ساندویچی حجیم و پرهزینه است و انرژی زیادی مصرف می کند، اما برای استفاده در شرایطی که به قدرت زیاد یا رانش زیاد نیاز است مناسب است.