teorijska analiza ultrazvučnih pretvarača vibracijskog načina rada

Kada su aksijalni i radijalni elektromehanički faktori piezoelektričnog vibratora tipa diska relativno jaki, jednodimenzionalna teorija uspostavljena čistim radijalnim modelom ili modelom čiste debljine nije dovoljno točna. Između teoretske izračunate vrijednosti i eksperimentalne vrijednosti. Greška ultrazvučnih pretvarača je velika. Stoga je potrebno razumjeti ekvivalentni krug radijalno/debljinsko spregnutog načina vibracija diskastog piezoelektričnog vibratora i izvesti izotropni slobodni vibracijski način diskastog piezoelektričnog vibratora pod nekim približnim uvjetima. U usporedbi s jednodimenzionalnom teorijom, dvodimenzionalna teorija točnije odražava promjer procesa vibracije diskastog piezoelektričnog vibratora i ekvivalentnog kruga piezoelektričnog vibratora kada je debela spojnica. Kako bi se analizirale elektromehaničke karakteristike piezoelektričnog vibratora tipa diska, I predstavlja napon i struju napajanja pobude, a F predstavlja pomak i ukupni tlak na odgovarajućim površinama.

 Poznato je da je piezoelektrični vibrator izrađen od PZT-piezoelektričnog keramičkog diska i polariziran duž z-osi, a srebrni sloj je presvučen na oba kraja diska kao elektroda, a pobudni napon se dovodi na oba kraja elektrode. Kada se dimenzija debljine diska uvelike razlikuje od radijalne dimenzije, može se tretirati kao način vibracije čiste debljine ili način čisto radijalne vibracije; obrnuto, treba razmotriti problem elektromehaničke koordinacije između debljine i radijalnog smjera piezoelektričnog keramičkog diska. Iz jednadžbe gibanja, to je piezoelektrične jednadžbe i jednadžbe slobodnog naboja, može se izvesti ukupni tlak koji djeluje na tri površine diska.

Radni frekvencijski raspon ultrazvučnog pretvarača s piezoelektričnim diskom je između 2225 kHz. Kada postoji relativno kretanje između sonde i cilja koji se mjeri, frekvencija eho signala može pasti izvan radnog pojasa sonde zbog Dopplerovog efekta. Postoje dva načina za rješavanje ovog problema: prvo, korištenje dvaju ili više pretvarača s različitim rezonantnim (centralnim) frekvencijama za formiranje niza, to jest, superponiranje frekvencijskih pojaseva više pretvarača je proširenje pretvarača i propusnosti niza; kombinirana struktura pretvornika koristi se kako bi frekvencija prijema širine pojasa pretvornika bila u pojasu odašiljanja ultrazvučnog senzora za mjerenje udaljenosti.

 Prva je struktura velikog niza koju često koristi podvodni sonar; potonja je strukturna shema predložena u ovom radu, koja iskorištava prednosti male veličine, niske cijene i visoke osjetljivosti pretvornika, te raspoređuje pretvornik kao pomoćni prijamnik na tlak. Oko električnog diska pretvornika (prijamnog i odašiljačkog tipa) formira se kružni niz pretvornika koji omogućuje kombiniranom pretvorniku primanje eho signala izvan pojasa piezoelektričnog disk pretvornika. Kao senzor za domet montiran na vozilo, praktičnije je moći pouzdano detektirati pokretni objekt koji se približava velikom brzinom nego detektirati pokretni objekt koji je daleko. Iz Dopplerovog efekta može se znati da kada ultrazvučni val djeluje na nadolazeću metu koja se kreće velikom brzinom, frekvencija reflektiranog signala jeke bit će pomaknuta prema gore (više od frekvencije odaslanog signala). U tu svrhu, niža radna frekvencija prstenastog niza ultrazvučnog senzora udaljenosti mora biti viša od gornje radne frekvencije primarnog pretvarača.