Odabir načina vibracije piezoelektričnog keramičkog pretvornika

 The piezoelektrična keramika vibrira pod djelovanjem vanjskog izmjeničnog električnog polja za pobuđivanje ultrazvučnih valova. Uobičajeni načini vibracija piezoelektrične keramike su vibracije rastezanja, vibracije savijanja i vibracije smicanja. Uobičajeno korišteni teleskopski načini vibracija piezoelektričnih keramičkih vibratora dalje se dijele na način vibracije duljine, način radijalne vibracije i način vibracije debljine. Prikazan je način vibracije debljine diska. Vibrator je u obliku diska, a smjer polarizacije i primijenjeno električno polje paralelni su sa smjerom debljine, a vibrator vibrira u smjeru debljine. Osnovna frekvencija rezonancije ovog načina vibracije obrnuto je proporcionalna debljini. Primjenjivi frekvencijski raspon je od 30 do 100 kHz, a relativna širina pojasa je unutar 1 do 4 9/5.

Ako su dva izdužena Pzt keramičke hemisferske ploče iste debljine i polarizirane su međusobno povezane, vibracije savijanja mogu se generirati kada se primijeni uzbudljivo električno polje koje uzrokuje produljenje jedne ploče, a drugu skraćenje. Dvije keramičke ploče koje su spojene polarizirane su u suprotnim smjerovima i spojene na napajanje u seriju; Slika 3b prikazuje paralelni spoj dviju keramičkih ploča s istim smjerom polarizacije. U dvije keramičke ljepljive ploče, električno polje pobuđuje samo jednu od njih kako bi se stvorila vibracija savijanja. Slično, savijanje dva ploče piezoelektričnog keramičkog pretvornika na tankoj metalnoj ploči ili lijepljenje keramičke ploče na tanku metalnu ploču također mogu proizvesti vibracije savijanja. Rezonantna frekvencija vibracijskog načina savijanja debljine povezana je s odnosom između duljine z ploče i ukupne debljine t ljepljive ploče. Među njima, IV je frekvencijska konstanta. Vibracijski način savijanja debljine primjenjuje se na frekvencije u rasponu od 500 Hz do 100 kHz. Veličina takvih vibratora općenito je (širina keramičke ploče) Z (6 ~ 10) w trening ≥ 3,5 t. Način vibracije smicanja debljine karakterizira površina elektrode paralelna sa smjerom polarizacije. U izmjeničnom električnom polju ploča komponente piezoelektričnog cilindra generira vibracije posmicanja u smjeru debljine. Mod smicanja debljine je lakše pobuditi i uglavnom se koristi u visokofrekventnom području od 10 do 60 kHz, koji ovdje neće biti detaljno opisan. U ultrazvučnom daljinomjeru, piezoelektrični pretvarač emitira ultrazvučne valove.

Potrebno je da amplituda vibracije vibratora bude velika, stoga je poželjno koristiti način vibracije na savijanje. U isto vrijeme, budući da je akustična impedancija piezo keramičkih zdjela iznimno niska, nemoguće je za opći piezoelektrični materijal postići usklađivanje impedancije s njom, pa se stoga mora ostvariti pomoću prijelaznog sloja. Utvrđeno je da je piezoelektrični keramički komad vezan za tanki metalni komad, a piezoelektrična keramika se koristi kao izvor pobude za generiranje načina vibracije savijanja, koji ima veliku amplitudu i malu akustičnu impedanciju, te može postići usklađivanje akustične impedancije sa zrakom. U obliku keramičke ploče i vezivne strukture tankog metalnog lima, tanki metalni lim također može poslužiti kao zaštitni film za zaštitu piezoelektrične keramike i elektroda od trošenja i oštećenja. Materijal se može odabrati od visoko stabilne legure nikal-krom-titan. Budući da što je metalni komad tanji, veća je klipna propusnost zvučnog tlaka, metalni je komad dizajniran da bude tanak, općenito oko 0,1 mm.

 Oblik i veličina vibratora

U ultrazvučnom daljinomjeru odašiljano ultrazvučno polje mora biti u obliku lepeze, a pravokutni vibrator smatra se izvorom valova. Za vibracije klipa koristi se pravokutni valni izvor duljine i širine, a zvučno polje longitudinalnog vala koje zrači u plinskom mediju slično je izvoru diska. Glavni snop piezoelektričnog keramičkog diska je četverokutna piramida, koja je perspektivni pogled na usmjereni glavni režanj pravokutnog izvora vala.