Impedansi akustik transduser vibrator piezoelektrik tipe cakram

Jenis transduser cakram piezoelektrik membahas kelebihan dan kekurangan berbagai bentuk transduser ultrasonik. Mempertimbangkan kinerja, dimensi pemasangan, dan pengujian lapangan sensor jangkauan ultrasonik, cakram keramik piezoelektrik dipilih secara radial/ketebalan mode getaran adalah vibrator transduser ultrasonik. Vibrator piezoelektrik cakram beroperasi pada frekuensi mulai dari 20 kHz hingga 120 kHz. Diketahui dari teori akustik bahwa vibrator piezoelektrik tipe cakram berdiameter besar yang bekerja pada pita frekuensi rendah dikembangkan untuk mengembangkan jarak yang jauh dan pengarahan yang kuat. Pertama, metode desain transduser piezoelektrik cakram memiliki teknologi pencocokan impedansi akustik dan pencocokan impedansi elektromekanis. Masalah teoritis getaran getar radial/ketebalan dipelajari. Kemudian, desain dan fabrikasi transduser gabungan dibahas.

Diagram skema distribusi perpindahan aksial dari vibrator piezoelektrik tipe cakram terkonsentrasi di tengah permukaan radiasi cakram, oleh karena itu, untuk dimensi struktural yang sama, karakteristik arah transduser piezoelektrik tipe cakram (mode getar radial/ketebalan) lebih unggul daripada transduser piezoelektrik tipe piston (karakteristik arah murni dari mode getaran ketebalan). Untuk menentukan ukuran struktural sensor ultrasonik tipe cakram untuk mengukur jarak, perpindahan relatif energi getaran R (radius) dari vibrator piezoelektrik dapat diperkirakan dengan menghitung rumus lebar berkas (3.11b) dari vibrator piezoelektrik tipe piston untuk memperkirakan vibrator piezoelektrik tipe cakram. Dengan asumsi vibrator piezoelektrik disk beroperasi pada frekuensi 25 kHz, panjang gelombang gelombang ultrasonik di udara adalah sekitar 13,6 mm. Jika lebar pancaran transduser harus 3 dB, jari-jari vibrator piezoelektrik tipe cakram adalah R harus setidaknya sama dengan keramik piezoelektrik, dan cakram keramik piezoelektrik yang memiliki radius R=0,045 m sebenarnya dipilih sebagai vibrator transduser. Semakin besar radius disk, semakin menguntungkan untuk meningkatkan karakteristik arah transduser piezoelektrik disk. Bahan keramik PZT-5 digunakan sebagai transduser.

Pencocokan impedansi akustik adalah ketika ketidakcocokan rasio impedansi akustik sensor jarak ultrasonik tidak hanya mengurangi koefisien transmisi antarmuka, tetapi juga membuat vibrator piezoelektrik beresonansi pada nilai tinggi, yaitu pita frekuensi kerja sempit dan waktu sisa bentuk gelombang panjang, sehingga sangat mempengaruhi probe. Sensitivitas transmisi/penerimaan, resolusi aksial, dan kapasitas saluran adalah untuk menghindari fenomena ini, perlu menggunakan teknik antagonis pencocokan impedansi akustik, dan permukaan pancaran vibrator piezoelektrik yang memiliki rasio impedansi akustik tinggi tidak langsung bersentuhan dengan media gas yang memiliki rasio impedansi akustik sangat rendah. 

Dalam transduser ini, tiga bahan pencocokan berbeda digunakan untuk secara bertahap bertransisi dari permukaan radiasi vibrator piezoelektrik dengan impedansi akustik tinggi ke media udara dengan impedansi akustik rendah. Teknik pencocokan ini didasarkan pada pertukaran suara air yang disediakan. Metode pencocokan energi. Dalam tabel, rasio impedansi akustik dari pendukung, elemen piezoelektrik, bahan pencocokan lapisan dan beban masing-masing dicatat sebagai ZB, Zo, Z, ZLo karena rasio impedansi akustik ZL udara adalah 411 Pa·s/m, yang jauh lebih kecil daripada impedansi akustik vibrator piezoelektrik adalah Zo. Oleh karena itu, berbagai sensor kedalaman ultrasonik yang cocok harus digunakan untuk pencocokan impedansi, sehingga rasio impedansi akustik bertransisi dari tinggi (permukaan radiasi cakram piezoelektrik) ke transisi 'halus' rendah ke beban medium udara. Juga mempertimbangkan redaman akustik material lapisan yang cocok. Di hampir semua analisis teoretis dan praktik teknik, ketebalan lapisan pencocokan diambil sebagai (dan merupakan panjang gelombang gelombang akustik bahan lapisan pencocokan) dan disebut 'lapisan pencocokan seperempat panjang gelombang'. Mengingat perubahan karakteristik frekuensi transduser setelah penerapan lapisan pencocokan, ketebalan lapisan pencocokan juga harus dikalikan dengan koefisien ketebalan, dan diambil nilainya.