Rezonantna izvedba cilindričnog piezoelektričnog pretvarača (2)

Dizajn ovog cilindričnog pretvarača ima za cilj ostvariti elektroakustičku pretvorbu korištenjem vibracije debljine elementa od kompozitnog materijala 1-3-2 kako bi se dobila jednolika usmjerenost u vodoravnom smjeru. Dizajnirana frekvencija pretvarača je 74 kHz. Kako bi se analizirala i predvidjela rezonantna frekvencija piezoelektričnog pretvarača, softver za analizu konačnih elemenata koristi se za simulaciju pretvarača. Jedna osmina cilindričnog niza  Odabire se PZT materijal piezokeramika , odnosno modelira se jedan komad trake kompozitnog materijala 1-3-2 i podloge. Veličina kompozitnog materijala točno je jednaka stvarnoj veličini uzorka. Vanjski promjer podloge je 60 mm, debljina stijenke cijevi 5 mm, a visina 15 mm. Na slici je prikazan oblik debljinske vibracije jednog elementa pretvornika, a njegova rezonantna frekvencija je 73,9 kHz.

Izvedba rezonancije dvaju pretvarača u bazenu prigušivača izmjerena je eksperimentalno, a krivulje admitancije dvaju pretvarača bile su gotovo iste, tako da je proizvodni proces bio izvediv, a uzorci imali dobru konzistenciju. Prikazana je krivulja admitancije vode jednog od cilindričnih piezoelektričnih pretvarača mjerena preciznim analizatorom impedancije. Rezonantna frekvencija je 72 kHz. Usporedba dviju slika pokazuje da su rezultati mjerenja u vodi vrlo bliski rezultatima simulacije. To pokazuje da frekvencija vibracija uzorka cilindričnog pretvarača u osnovi zadovoljava zahtjeve dizajna.

 mjerenje performansi pretvarača

Automatski sustav akustične kalibracije korišten je za mjerenje performansi dva kompozitna cilindrična vodena akustična pretvornika kao što su odziv napona prijenosa, osjetljivost napona prijema i usmjerenost. Frekvencija mjerenja bila je od 20 do 100 kHz. Eksperiment je izveden u bazenu za prigušivanje akustičkog mjernog centra Great Wall Radio Factory. Performanse dvaju pretvarača su slične, a relativna odstupanja su unutar 5%. Izvedba jednog od piezoelektrična traka od materijala PZT41 . Za analizu je odabrana Odziv prijenosnog napona varira s frekvencijom. Maksimalna vrijednost je 139dB, a širina pojasa od 3dB je 7kHz. Prijemna osjetljivost sonde mjeri se u frekvencijskom rasponu od 20 do 60 kHz, a prijemna osjetljivost napona je -212. (Valovito tlo 4dB). Rezultati mjerenja usmjerenosti pretvornika pokazuju da pretvornik u osnovi ima usmjerenost od horizontalnih 360, ali je fluktuacija velika, što je uglavnom zato što je interval između elemenata niza pretvornika prevelik. Područje zračenja piezo elementa je malo. Dijagram okomite usmjerenosti pokazuje da je širina snopa od 3dB u okomitom smjeru pretvornika 12°.

U piezoelektričnom kompozitnom cilindričnom pretvaraču, kompozitni element je debljine 10 mm, a kada je promjer piezo cilindra 70 mm, rezonantna frekvencija je oko 72 KHz. Ako se smanji debljina kompozitnog piezo elementa i promjer cilindra, rezonantna frekvencija materijal piezo disk pretvornika može se dodatno povećati, tako da kada je promjer pretvornika veći, može se dobiti viša rezonantna frekvencija, čime se poboljšava čisti piezoelektricitet. Kada piezo keramički cilindrični pretvarač ima višu frekvenciju rezonancije, njegov volumen je manji i teško ga je obraditi. U isto vrijeme, kompozitni cilindrični pretvarač 1-3-2 ima veće poboljšanje propusnosti od piezoelektričnog keramičkog cilindričnog pretvarača iste frekvencije, a odziv napona emisije usporediv je s odzivom piezo keramike.

Budući da se konstrukcijska struktura piezoelektričnog pretvornika malo razlikuje od strukture nakon izrade, a proizvodni proces treba poboljšati, izvedba pretvornika malo je niža od očekivanog rezultata izračuna. Osim toga, područje zračenja elemenata niza pretvornika je malo, a energija vibracija svakog elementa niza raspoređena je duž opsega, što rezultira nižom osjetljivošću prijema. Međutim, povećanjem površine površine zračenja elementa niza, smanjenjem debljine elementa niza i smanjenjem razmaka između elemenata niza, osjetljivost prijema pretvornika može se poboljšati i može se također poboljšati ujednačenost horizontalne orijentacije pretvornika.