डिस्क प्रकार पीज़ोइलेक्ट्रिक वाइब्रेटर ट्रांसड्यूसर की ध्वनिक प्रतिबाधा

पीजोइलेक्ट्रिक डिस्क प्रकार के ट्रांसड्यूसर अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर के विभिन्न रूपों के फायदे और नुकसान पर चर्चा करते हैं। अल्ट्रासोनिक रेंजिंग सेंसर के प्रदर्शन, बढ़ते आयामों और क्षेत्र परीक्षण को ध्यान में रखते हुए, पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक डिस्क का चयन रेडियल / कंपन मोड की मोटाई अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर के वाइब्रेटर के रूप में किया जाता है। डिस्क पीजोइलेक्ट्रिक वाइब्रेटर 20 किलोहर्ट्ज़ से 120 किलोहर्ट्ज़ तक की आवृत्तियों पर काम करते हैं। ध्वनिक सिद्धांत से यह ज्ञात होता है कि कम आवृत्ति बैंड में काम करने वाला बड़े व्यास वाला डिस्क-प्रकार पीजोइलेक्ट्रिक वाइब्रेटर बड़ी दूरी और मजबूत दिशा विकसित करने के लिए विकसित किया गया है। सबसे पहले, डिस्क पीज़ोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूस की डिज़ाइन विधि में ध्वनिक प्रतिबाधा मिलान और इलेक्ट्रोमैकेनिकल प्रतिबाधा मिलान तकनीक है। रेडियल/मोटाई कंपन कंपन की सैद्धांतिक समस्या का अध्ययन किया जाता है। फिर, संयुक्त ट्रांसड्यूसर के डिजाइन और निर्माण पर चर्चा की जाती है।

डिस्क-प्रकार पीजोइलेक्ट्रिक वाइब्रेटर के अक्षीय विस्थापन वितरण का योजनाबद्ध आरेख डिस्क की विकिरण सतह के केंद्र में केंद्रित है, इसलिए, समान संरचनात्मक आयामों के लिए, डिस्क-प्रकार पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर (रेडियल/मोटाई कंपन मोड) की दिशात्मक विशेषता पिस्टन-प्रकार पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर (मोटाई कंपन मोड की शुद्ध दिशात्मक विशेषताएं) से बेहतर है। दूरी मापने के लिए डिस्क-प्रकार अल्ट्रासोनिक सेंसर के संरचनात्मक आकार को निर्धारित करने के लिए, डिस्क-प्रकार पीजोइलेक्ट्रिक वाइब्रेटर का अनुमान लगाने के लिए पिस्टन-प्रकार पीजोइलेक्ट्रिक वाइब्रेटर के बीम चौड़ाई सूत्र (3.11 बी) की गणना करके पीजोइलेक्ट्रिक वाइब्रेटर की कंपन ऊर्जा सापेक्ष विस्थापन आर (त्रिज्या) का अनुमान लगाया जा सकता है। यह मानते हुए कि डिस्क पीजोइलेक्ट्रिक वाइब्रेटर 25 kHz की आवृत्ति पर काम करता है, हवा में अल्ट्रासोनिक तरंग की तरंग दैर्ध्य लगभग 13.6 मिमी है। यदि ट्रांसड्यूसर की बीम की चौड़ाई 3 डीबी होनी आवश्यक है, तो डिस्क प्रकार पीजोइलेक्ट्रिक वाइब्रेटर की त्रिज्या आर कम से कम पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक के बराबर होनी चाहिए, और आर = 0.045 मीटर की त्रिज्या वाली पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक डिस्क को वास्तव में ट्रांसड्यूसर वाइब्रेटर के रूप में चुना जाता है। डिस्क की त्रिज्या जितनी बड़ी होगी, डिस्क पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर की दिशात्मक विशेषताओं में सुधार करना उतना ही फायदेमंद होगा। PZT-5 सिरेमिक सामग्री का उपयोग ट्रांसड्यूसर के रूप में किया जाता है।

ध्वनिक प्रतिबाधा मिलान तब होता है जब अल्ट्रासोनिक दूरी सेंसर के ध्वनिक प्रतिबाधा अनुपात का बेमेल न केवल इंटरफ़ेस के संचरण गुणांक को कम करता है, बल्कि पीज़ोइलेक्ट्रिक वाइब्रेटर को उच्च मूल्य पर प्रतिध्वनित करता है, अर्थात, कार्यशील आवृत्ति बैंड संकीर्ण होता है और तरंग रूप अवशिष्ट समय लंबा होता है, इस प्रकार जांच को गंभीर रूप से प्रभावित करता है। संवेदनशीलता, अक्षीय रिज़ॉल्यूशन और चैनल क्षमता को संचारित/प्राप्त करना इस घटना से बचने के लिए ध्वनिक प्रतिबाधा मिलान विरोधी तकनीक का उपयोग करना आवश्यक है, और उच्च ध्वनिक प्रतिबाधा अनुपात वाले पीज़ोइलेक्ट्रिक वाइब्रेटर की विकिरण सतह सीधे गैसीय माध्यम से संपर्क नहीं करती है जिसका ध्वनिक प्रतिबाधा अनुपात बहुत कम है। 

इस ट्रांसड्यूसर में, उच्च ध्वनिक प्रतिबाधा वाले पीजोइलेक्ट्रिक वाइब्रेटर की विकिरण सतह से कम ध्वनिक प्रतिबाधा वाले वायु माध्यम में धीरे-धीरे संक्रमण करने के लिए तीन अलग-अलग मिलान सामग्रियों का उपयोग किया जाता है। यह मिलान तकनीक प्रदत्त जल ध्वनि विनिमय पर आधारित है। ऊर्जा मिलान विधि. तालिका में, बैकिंग, पीजोइलेक्ट्रिक तत्व, आईटीएच परत मिलान सामग्री और लोड के ध्वनिक प्रतिबाधा अनुपात को क्रमशः ZB, Zo, Z, ZLo के रूप में दर्ज किया गया है क्योंकि हवा का ध्वनिक प्रतिबाधा अनुपात ZL 411 Pa·s/m है, जो कि पीजोइलेक्ट्रिक वाइब्रेटर के ध्वनिक प्रतिबाधा Zo से बहुत छोटा है। इसलिए, प्रतिबाधा मिलान के लिए विभिन्न प्रकार के मिलान वाले अल्ट्रासोनिक गहराई सेंसर का उपयोग किया जाना चाहिए, ताकि ध्वनिक प्रतिबाधा अनुपात एक उच्च (पीजोइलेक्ट्रिक डिस्क विकिरण सतह) से कम 'सुचारू' संक्रमण से वायु माध्यम भार में परिवर्तित हो सके। मिलान परत सामग्री के ध्वनिक क्षीणन पर भी विचार करें। लगभग सभी सैद्धांतिक विश्लेषण और इंजीनियरिंग अभ्यास में, मिलान परत की मोटाई को (और मिलान परत सामग्री की ध्वनिक तरंग की तरंग दैर्ध्य है) के रूप में लिया जाता है और इसे 'क्वार्टर-वेवलेंथ मिलान परत' कहा जाता है। मिलान परत लागू होने के बाद ट्रांसड्यूसर की आवृत्ति विशेषताओं में परिवर्तन को ध्यान में रखते हुए, मिलान परत की मोटाई को मोटाई गुणांक से गुणा किया जाना चाहिए, और मान लिया जाता है।