انتخاب حالت ارتعاش مبدل سرامیکی پیزوالکتریک

 را سرامیک های پیزوالکتریک تحت تاثیر میدان الکتریکی متناوب خارجی برای تحریک امواج اولتراسونیک ارتعاش می کنند. حالت های رایج ارتعاش سرامیک های پیزوالکتریک ارتعاش کششی، ارتعاش خمشی و ارتعاش برشی است. حالت‌های ارتعاشی تلسکوپی رایج در ویبره‌های سرامیکی پیزوالکتریک به حالت ارتعاش طولی، حالت ارتعاش شعاعی و حالت لرزش ضخامت تقسیم می‌شوند. حالت لرزش ضخامت دیسک نشان داده شده است. ویبراتور به شکل دیسک است و جهت قطبش و میدان الکتریکی اعمال شده هر دو موازی با جهت ضخامت هستند و ویبره در جهت ضخامت می لرزد. فرکانس تشدید اساسی این حالت ارتعاشی با ضخامت آن نسبت معکوس دارد. محدوده فرکانسی قابل اجرا 30 تا 100 کیلوهرتز و پهنای باند نسبی بین 1 تا 4 9/5 است.

اگر دو تا کشیده ورق های نیمکره سرامیکی Pzt با ضخامت یکسان و پلاریزه به یکدیگر متصل می شوند، هنگامی که یک میدان الکتریکی هیجان انگیز اعمال می شود که باعث کشیده شدن یکی از ورق ها و کوتاه شدن دیگری می شود، می توان ارتعاش خمشی ایجاد کرد. دو ورق سرامیکی که به هم متصل شده اند در جهت مخالف قطبی شده و به صورت سری به منبع تغذیه متصل می شوند. شکل 3b اتصال موازی دو ورق سرامیکی با جهت قطبش یکسان را نشان می دهد. در دو ورق چسب سرامیکی، میدان الکتریکی تنها یکی از آنها را برای ایجاد ارتعاش خمشی تحریک می کند. به طور مشابه، خم کردن دو ورق های مبدل سرامیکی پیزوالکتریک بر روی یک ورق فلزی نازک یا اتصال ورق سرامیکی به ورق فلزی نازک نیز می تواند ارتعاش خمشی ایجاد کند. فرکانس تشدید حالت ارتعاش خمشی ضخامت به رابطه بین طول z ورق و ضخامت t کل ورق چسب مربوط می شود. در میان آنها، IV یک ثابت فرکانس است. حالت لرزش خمشی ضخامت برای فرکانس های 500 هرتز تا 100 کیلوهرتز اعمال می شود. اندازه چنین ویبراتورها به طور کلی (عرض ورق سرامیکی) Z (6 ~ 10) w تمرین ≥ 3.5 تن است. حالت ارتعاش برشی ضخامت با سطح الکترود موازی با جهت قطبش مشخص می شود، در میدان الکتریکی متناوب، ورق جزء سیلندر پیزوالکتریک ارتعاش برشی در جهت ضخامت ایجاد می کند. حالت برشی ضخامت آسان‌تر است و عمدتاً در محدوده فرکانس بالای 10 تا 60 کیلوهرتز استفاده می‌شود که در اینجا به تفصیل توضیح داده نخواهد شد. در محدوده یاب اولتراسونیک، مبدل پیزوالکتریک امواج اولتراسونیک ساطع می کند.

لازم است که دامنه ارتعاش ویبراتور زیاد باشد، بنابراین ترجیحاً از حالت ارتعاش خمشی استفاده شود. در عین حال، از آنجایی که امپدانس صوتی کاسه های سرامیکی پیزو بسیار کم است، برای یک ماده پیزوالکتریک عمومی امکان تطبیق امپدانس با آن غیرممکن است و بنابراین باید با استفاده از یک لایه انتقال محقق شود. مشخص شده است که قطعه سرامیکی پیزوالکتریک به قطعه فلزی نازک متصل می شود و سرامیک پیزوالکتریک به عنوان منبع تحریک برای ایجاد حالت ارتعاش خمشی استفاده می شود که دارای دامنه بزرگ و امپدانس صوتی کوچک است و می تواند به امپدانس صوتی مطابقت با هوا برسد. به شکل یک ورق سرامیکی و یک ساختار اتصال ورق فلزی نازک، ورق فلزی نازک می تواند به عنوان یک فیلم محافظ برای محافظت از سرامیک های پیزوالکتریک و الکترودها در برابر سایش و آسیب عمل کند. این ماده را می توان از آلیاژ نیکل-کروم-تیتانیوم با پایداری بالا انتخاب کرد. از آنجایی که هر چه قطعه فلزی نازک‌تر باشد، هرچه ضریب عبور رفت و برگشتی فشار صدا بیشتر باشد، قطعه فلزی به‌طور کلی نازک، معمولاً حدود 0.1 میلی‌متر طراحی شده است.

 شکل و اندازه ویبراتور

در فاصله یاب اولتراسونیک، میدان اولتراسونیک ارسالی لازم است به شکل فن باشد و یک ویبره مستطیلی به عنوان منبع موج در نظر گرفته می شود. یک منبع موج مستطیلی با طول و عرض برای ارتعاش پیستون استفاده می شود و میدان صوتی موج طولی تابش شده در محیط گاز مشابه منبع دیسک است. پرتو اصلی دیسک سرامیکی پیزوالکتریک یک هرم چهار گوش است که نمای پرسپکتیو لوب اصلی جهت منبع موج مستطیل شکل است.