कंपन मोड अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर का सैद्धांतिक विश्लेषण

जब डिस्क-प्रकार पीजोइलेक्ट्रिक वाइब्रेटर के अक्षीय और रेडियल इलेक्ट्रोमैकेनिकल कारक अपेक्षाकृत मजबूत होते हैं, तो शुद्ध रेडियल मॉडल या शुद्ध मोटाई मॉडल द्वारा स्थापित एक-आयामी सिद्धांत पर्याप्त सटीक नहीं होता है। सैद्धांतिक गणना मूल्य और प्रयोगात्मक मूल्य के बीच. अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर की त्रुटि बड़ी है. इसलिए, डिस्क-प्रकार पीजोइलेक्ट्रिक वाइब्रेटर के रेडियल/मोटाई युग्मन कंपन मोड के समतुल्य सर्किट को समझना आवश्यक है, और कुछ अनुमानित शर्तों के तहत डिस्क-प्रकार पीजोइलेक्ट्रिक वाइब्रेटर के आइसोट्रोपिक मुक्त कंपन मोड को प्राप्त करना आवश्यक है। एक-आयामी सिद्धांत की तुलना में, दो-आयामी सिद्धांत अधिक सटीक रूप से डिस्क-प्रकार पीजोइलेक्ट्रिक वाइब्रेटर के कंपन प्रक्रिया व्यास और मोटी-युग्मन होने पर पीजोइलेक्ट्रिक वाइब्रेटर के समतुल्य सर्किट को दर्शाता है। डिस्क-प्रकार पीज़ोइलेक्ट्रिक वाइब्रेटर की इलेक्ट्रोमैकेनिकल विशेषताओं का विश्लेषण करने के लिए, मैं क्रमशः उत्तेजना आपूर्ति वोल्टेज और वर्तमान का प्रतिनिधित्व करता हूं, और एफ क्रमशः संबंधित सतहों पर विस्थापन और कुल दबाव का प्रतिनिधित्व करता है।

 यह ज्ञात है कि एक पीजोइलेक्ट्रिक वाइब्रेटर PZT-पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक डिस्क से बना होता है और इसे z-अक्ष के साथ ध्रुवीकृत किया जाता है, और एक चांदी की परत को इलेक्ट्रोड के रूप में डिस्क के दोनों छोर पर चढ़ाया जाता है, और इलेक्ट्रोड के दोनों सिरों पर एक उत्तेजना वोल्टेज लगाया जाता है। जब डिस्क की मोटाई का आयाम रेडियल आयाम से बहुत भिन्न होता है, तो इसे शुद्ध मोटाई कंपन मोड या शुद्ध रेडियल कंपन मोड के रूप में माना जा सकता है; इसके विपरीत, पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक डिस्क की मोटाई और रेडियल दिशा के बीच इलेक्ट्रोमैकेनिकल समन्वय समस्या पर विचार किया जाना चाहिए। गति के समीकरण से, यह पीज़ोइलेक्ट्रिक समीकरण और मुक्त चार्ज समीकरण है, डिस्क की तीन सतहों पर अभिनय करने वाले कुल दबाव को प्राप्त किया जा सकता है।

पीजोइलेक्ट्रिक डिस्क प्रकार के अल्ट्रासोनिक ट्रांसड्यूसर की ऑपरेटिंग आवृत्ति रेंज 2225 kHz के बीच है। जब ट्रांसड्यूसर और लक्ष्य के बीच सापेक्ष गति होती है, तो डॉपलर प्रभाव के कारण इको सिग्नल की आवृत्ति ट्रांसड्यूसर के ऑपरेटिंग बैंड के बाहर गिर सकती है। इस समस्या को हल करने के दो तरीके हैं: पहला, एक सरणी बनाने के लिए अलग-अलग अनुनाद (केंद्रीय) आवृत्तियों के साथ दो या दो से अधिक ट्रांसड्यूसर का उपयोग करना, यानी, एकाधिक ट्रांसड्यूसर के आवृत्ति बैंड को सुपरइम्पोज़ करना सरणी के ट्रांसड्यूसर और बैंडविड्थ का विस्तार करना है; संयुक्त ट्रांसड्यूसर संरचना का उपयोग अल्ट्रासोनिक दूरी माप सेंसर के ट्रांसमिटिंग बैंड में ट्रांसड्यूसर बैंडविड्थ की प्राप्त आवृत्ति बनाने के लिए किया जाता है।

 पूर्व एक बड़ी सरणी संरचना है जिसका उपयोग अक्सर पानी के नीचे सोनार द्वारा किया जाता है; उत्तरार्द्ध इस पेपर में प्रस्तावित संरचनात्मक योजना है, जो ट्रांसड्यूसर के छोटे आकार, कम लागत और उच्च संवेदनशीलता का लाभ उठाती है, और दबाव में सहायक रिसीवर के रूप में ट्रांसड्यूसर को वितरित करती है। इलेक्ट्रिक डिस्क ट्रांसड्यूसर (प्राप्त करने और संचारित करने वाले प्रकार) के चारों ओर, ट्रांसड्यूसर की एक गोलाकार सरणी बनाई जाती है, जो संयुक्त ट्रांसड्यूसर को पीजोइलेक्ट्रिक डिस्क ट्रांसड्यूसर के बैंड के बाहर इको सिग्नल प्राप्त करने में सक्षम बनाती है। वाहन पर लगे रेंजिंग सेंसर के रूप में, दूर स्थित चलती वस्तु का पता लगाने की तुलना में तेज़ गति से आ रही किसी चलती वस्तु का विश्वसनीय रूप से पता लगाने में सक्षम होना अधिक व्यावहारिक है। डॉपलर प्रभाव से यह ज्ञात हो सकता है कि जब अल्ट्रासोनिक तरंग आने वाले उच्च गति से चलने वाले लक्ष्य पर कार्य करती है, तो वापस परावर्तित इको सिग्नल की आवृत्ति ऊपर की ओर स्थानांतरित हो जाएगी (संचरित सिग्नल की आवृत्ति से अधिक)। इस प्रयोजन के लिए, अल्ट्रासोनिक दूरी सेंसर कुंडलाकार सरणी की निचली ऑपरेटिंग आवृत्ति प्राथमिक ट्रांसड्यूसर की ऊपरी ऑपरेटिंग आवृत्ति से अधिक होनी चाहिए।