Levytyyppisen pietsosähköisen värähtelyanturin akustinen impedanssi

Pietsosähköiset levytyyppiset muuntimet keskustelevat erilaisten ultraääniantureiden eduista ja haitoista. Ottaen huomioon ultraäänimittausanturien suorituskyvyn, asennusmitat ja kenttätestauksen, pietsosähköiset keraamiset levyt valitaan radiaalisesti / värähtelytilan paksuus on ultraäänianturin värähtelijä. Pietsosähköiset levyvärähtimet toimivat taajuuksilla 20 kHz - 120 kHz. Akustisesta teoriasta tiedetään, että halkaisijaltaan suuri levytyyppinen pietsosähköinen vibraattori toimii matalalla taajuuskaistalla on kehitetty kehittämään suuren etäisyyden ja vahvan suuntaavuuden. Ensinnäkin levypietsosähköisen muuntimen suunnittelumenetelmässä on akustisen impedanssin sovitus ja sähkömekaaninen impedanssin sovitustekniikka. Säteittäisen/paksuusvärähtelyn teoreettista ongelmaa tutkitaan. Sitten käsitellään yhdistetyn anturin suunnittelua ja valmistusta.

Levytyyppisen pietsosähköisen vibraattorin aksiaalisen siirtymän jakauman kaavio on keskittynyt kiekon säteilevän pinnan keskelle, joten samoilla rakenteellisilla mitoilla levytyyppisen pietsosähköisen muuntimen suuntaominaisuus (säteittäinen/paksuusvärähtelytila) on parempi kuin mäntätyyppisten pietsosähköisten värähtelymuotojen (paksuusvärähtelymuotojen) suuntakäyrä. Etäisyyden mittaamiseen tarkoitetun kiekkotyyppisen ultraäänianturin rakenteellisen koon määrittämiseksi pietsosähköisen värähtelijän värähtelyenergian suhteellinen siirtymä R (säde) voidaan arvioida laskemalla mäntätyyppisen pietsosähköisen täryttimen säteen leveyskaava (3.11b) levytyyppisen pietsosähköisen täryttimen arvioimiseksi. Olettaen, että kiekkopietsosähköinen vibraattori toimii 25 kHz:n taajuudella, ultraääniaallon aallonpituus ilmassa on noin 13,6 mm. Jos anturin säteen leveydeksi vaaditaan 3 dB, levytyyppisen pietsosähköisen värähtelijän säteen R tulee olla vähintään yhtä suuri kuin pietsosähköisen keraamisen, ja anturin värähtelijäksi valitaan pietsosähköinen keraaminen kiekko, jonka säde on R=0,045 m. Mitä suurempi levyn säde on, sitä edullisempaa on parantaa kiekon pietsosähköisen muuntimen suuntaominaisuuksia. Anturina käytetään PZT-5 keraamista materiaalia.

Akustinen impedanssisovitus on silloin, kun ultraäänietäisyysanturin akustisten impedanssisuhteiden epäsopivuus ei vain vähennä rajapinnan lähetyskerrointa, vaan saa myös pietsosähköisen värähtelijän resonoimaan suurella arvolla, eli työtaajuuskaista on kapea ja aaltomuodon jäännösaika pitkä, mikä vaikuttaa vakavasti anturiin. Lähetys-/vastaanottoherkkyys, aksiaalinen resoluutio ja kanavakapasiteetti on vältettävä tämä ilmiö, on tarpeen käyttää akustisen impedanssin sovitusantagonistitekniikkaa, ja pietsosähköisen vibraattorin säteilevä pinta, jolla on korkea akustinen impedanssisuhde, ei kosketa suoraan kaasumaiseen väliaineeseen, jolla on erittäin alhainen akustinen impedanssisuhde. 

Tässä muuntimessa käytetään kolmea erilaista sovitusmateriaalia siirtymään asteittain suuren akustisen impedanssin omaavan pietsosähköisen vibraattorin säteilevältä pinnalta ilmaväliaineeseen, jolla on pieni akustinen impedanssi. Tämä sovitustekniikka perustuu toimitettuun veden äänenvaihtoon. Energian sovitusmenetelmä. Taulukossa taustan, pietsosähköisen elementin, i:nnen kerroksen sovitusmateriaalin ja kuorman akustiset impedanssisuhteet on kirjattu vastaavasti ZB, Zo, Z, ZLo, koska ilman akustinen impedanssisuhde ZL on 411 Pa·s/m, mikä on paljon pienempi kuin pietsosähköisen täryttimen akustinen impedanssi. Siksi impedanssin sovittamiseen tulisi käyttää erilaisia ​​yhteensopivia ultraäänisyvyysantureita, jotta akustisen impedanssin suhde siirtyy korkeasta (pietsosähköisen levyn säteilevä pinta) matalaan 'tasaiseen' siirtymiseen ilmaan keskimääräiseen kuormaan. Ottaen huomioon myös vastaavan kerrosmateriaalin akustisen vaimennuksen. Lähes kaikissa teoreettisissa analyyseissä ja suunnittelukäytännöissä sovituskerroksen paksuus pidetään (ja on sovituskerroksen materiaalin akustisen aallon aallonpituus) ja sitä kutsutaan 'neljännesaallonpituuden sovituskerrokseksi'. Ottaen huomioon anturin taajuusominaisuuksien muutos sovituskerroksen levittämisen jälkeen, sovituskerroksen paksuus tulisi myös kertoa paksuuskertoimella ja arvoksi otetaan .