Pietsosähköisen keraamisen/polymeerikomposiittisylinterisen anturin valmistus (1)

Kaikuanturiryhmä ovat kaikuluotaimen avainkomponentit. Se on laite, joka toteuttaa sähköakustisen energian keskinäisen muuntamisen. Anturin ja anturiryhmän suorituskyky riippuu pääasiassa muuntimen suorituskyvystä, rakenteesta ja valmistusprosessista. Tällä hetkellä suurin osa vedenalaisista akustisista muuntimista, jotka käyttävät lyijyzirkonaattititanaattipietsosähköistä keramiikkaa (PZT) energian muuntomateriaalina, jolla on korkea sähkömekaaninen kytkentäkerroin, pieni häviö, kätevä valmistus ja alhainen hinta. Pietsosähköisen keramiikan korkean ominaisimpedanssin vuoksi, kun kuorma on vettä tai biologista kudosta, kuormaa ei ole helppo sovittaa yhteen, heijastushäviö Pietsokeraaminen rengas rajapinnassa on suuri ja sen sivuttaiskytkentä on vahva. Siksi paksuusvärähtelyanturi valmistetaan kapealla taajuuskaistalla, korkealla Q-arvolla, alhaisella herkkyydellä ja muilla puutteilla. 1-3-tyypin pietsosähköisillä komposiittimateriaaleilla on alhainen ominaisimpedanssi, Q-arvo, dielektrisyysvakio, lateraalinen sähkömekaaninen kytkentäkerroin ja korkea paksuus sähkömekaaninen kytkentäkerroin polymeerifaasin vuoksi. Ihanteellinen materiaali energiaa säästävälle laitteelle. Samankokoisista 1-3 pietsosähköisistä komposiittimateriaaleista valmistettujen mäntämuuntimien ja tavallisten PZT-kiekkojen suoritusarvot mitattiin ja saatiin molempien kahden muuntimen sisäänpääsykäyrät ja transmissio ilmassa ja vedessä. Se on jännitevaste, vastaanottoherkkyys ja suuntauskuvaajat. Ja vertailevan analyysin avulla päätellään, että 1-3-tyypin pietsosähköisellä komposiittimateriaalianturilla on huomattavasti parempi lähetys- ja vastaanottokyky verrattuna tavallisiin PZT-pietsosähköisiin muuntimiin. Parannettu 1-3 (1-3-2) pietsosähköinen komposiitti säilyttää 1-3:n erinomaiset sähköakustiset ominaisuudet PZT5 pietsokeraaminen komposiitti, ja sillä on hyvä lämpötila- ja painestabiilius, mikä sopii erittäin hyvin vedenalaisen akustisen anturin valmistukseen. Tässä paperissa käytetään 1-2-3 pietsosähköistä komposiittimateriaalia sylinterimäisen vedenalaisen akustisen muuntimen suunnittelussa ja valmistuksessa, ja se mittaa sen sisäänpääsyä, lähetysjännitevastetta, vastaanottoherkkyyttä ja suuntaavuutta.

Pietsosähköisten komposiittien rakenne ja valmistus

Pietsosähköiset komposiittimateriaalit on valmistettu 1-3 pietsosähköisestä komposiittimateriaalista ja pietsosähköisistä keraamisista substraateista, jotka on kytketty sarjaan keraamisen polarisaatiosuunnan mukaisesti. Tässä rakenteessa on jäykkä pietsosähköinen keraaminen tuki yhdensuuntaisesti ja kohtisuorassa polarisaatiosuuntaan nähden, mikä on vakaampi kuin 1-3-tyypin komposiittimateriaalit. Se ei vain säilytä kaikkia 1-3 pietsosähköisten komposiittimateriaalien etuja, vaan se ei myöskään ole helppo muotoilla korkeammissa lämpötiloissa, ja sillä on parempi lämmönkestävyys ja ulkoisten iskujen kestävyys. Pietsosähköinen komposiittimateriaali valmistetaan leikkaus-täyttöprosessilla. Pietsosähköisessä keramiikassa käytetään PZT-5A:ta, jonka on tuottanut Kiinan tiedeakatemian akustiikan instituutti. Se on polarisoitu, kun se lähtee tehtaalta. Automaattisen leikkauskoneen avulla leikataan pinta kohtisuorassa pietsokeramiikan polarisaatioakseliin nähden kahdessa suunnassa, jotka ovat kohtisuorassa toisiinsa nähden, säilyttäen tietyn substraatin paksuuden muodostaen keraamisen rungon. Polymeeri, jossa on sopiva määrä kovetusainetta, kaadetaan keraamiseen runkoon (eli Wuxi Resin Factoryn valmistamaan epoksihartsiin WRS618), jonka jälkeen tyhjiöejektorikupla tyhjennetään ja kovetetaan huoneenlämpötilassa komposiittimateriaaliksi, joka jauhetaan tai leikataan aihion muotoon. Muodostettiin komposiittimateriaalinäyte ja lopuksi näytteen pinta peitettiin elektrodilla käyttämällä suurtyhjiömagnetronisputterointilaitetta. Yllä olevaa prosessia käyttämällä valmistettiin kaksi kappaletta 1-3-2 pietsosähköistä keramiikkaa/polymeerikomposiittilevyä, joiden koko oli 40 mm * 40 mm * 10 mm. Keraamisten pylväiden leveys ja pilarien välisen epoksihartsin leveys on 0,9 ja 0,45 mm, ja pylväiden paksuus. pietsosähköinen sylinterianturi
 on 1 mm. Komposiittimateriaalin paksuussuuntaa pitkin leikattiin kaksi komposiittimateriaalin palaa 24 komposiittimateriaalikiekkoon, joiden pituus oli 10 mm, leveys 6,5 ja paksuus 10 mm. Jokaisen pietsosähköisen kiekon resonanssisuorituskyky mitattiin ja niistä valittiin 18 kappaletta kahden vaihtokiekon valmistukseen. Antureiden kunkin elementin suorituskyvyn mittaustulokset, kunkin pietsoelementin suorituskonsistenssi on hyvä ja sen resonanssitaajuus on lähes sama. Kuvassa on yhden matriisin elementin sisäänpääsymittauskäyrä, jossa matriisielementit ovat kaikki samanlaisia. 

Pietsosähköisen lieriömäisen muuntimen rakenne ja valmistusprosessi

3.1 Anturin rakenne

Useita 1-3-2 pietsosähköistä komposiittimateriaalia on järjestetty tasaisesti pitkin kehää muodostamaan ympyränmuotoinen ryhmä sylinterimäisen anturin tuottamiseksi. Anturin rakenne näkyy kuvassa. Tällä hetkellä tämän rakenteen mukaista anturia ei löydy. Aiheeseen liittyviä tutkimusraportteja on olemassa.

Komposiittisylinterinen pietsosähköinen anturi koostuu komposiittielementistä, kuparitaustasta, kannakkeesta ja kansilevystä. Kahdeksantoista komposiitti-PZT-materiaalielementtiä on järjestetty tasaisesti rengasmaisen kuparitaustan uriin kehä pitkin ja komposiittimateriaalielementtien pohjapinta on kiinnitetty kuparitaustaan ​​johtavalla liimalla. Tällä tavalla kuparitausta ei voi vain paikantaa ryhmän elementtejä, vaan myös parantaa tärinän siirtymää. Johtavan liimaliitoksen käytön ansiosta komposiittielementin alempi elektrodi on yhdistetty alustaan, mikä yksinkertaistaa elektrodin johtoprosessia. Tällä tavalla alaelektrodin johdin (signaalijohto) voidaan johtaa ulos kupariputken alustan sisäsivuseinästä ja liittää samaan akselikaapelin signaalikaapeliin. Sitten kannatin ja päätykansi puristaa ja kiinnitä kuparitausta kahdesta suunnasta. Tausta, kannake ja päätykansi eristetään jäykällä vaahtomuovialuslevyllä, jonka jälkeen komposiittimateriaalista valmistettujen pietsoelementtien ulkoiset elektrodit liitetään koaksiaalikaapelin suojattuun johtoon ja tiivistetään vesitiiviillä liitoksella tai vesitiiviillä liimalla. Lopuksi kokoonpano asetetaan muottiin ja kaadetaan noin 2 mm:n paksuinen polyuretaani vedenpitävän, ääntä läpäisevän ja tiivistävän kerroksen muodostamiseksi. Yllä olevaa menetelmää käyttämällä valmistettiin kokeellisesti kaksi identtistä lieriömäistä anturia, ja lieriömäisten muuntimien kokonaismitat asennuksen jälkeen olivat 70 mm × 15 mm.