Mode getaran radial dari transduser ultrasonik

Pemodelan dan percobaan transduser ultrasonik pada media udara, pita frekuensi sensor ultrasonik umumnya sempit, yang secara langsung mempengaruhi kinerja pendeteksiannya untuk target bergerak berkecepatan tinggi. Untuk mengatasi pita sempit pada sensor ultrasonik, transduser mikro-miniatur dapat digunakan sebagai penerima tambahan dalam transduser ultrasonik gabungan untuk memperluas bandwidth penerimaan transduser gabungan. Transduser adalah jenis tegangan lentur dari transduser komposit piezoelektrik logam, yang terdiri dari dua cangkang tipis logam berbentuk tipis yang mengapit wafer keramik piezoelektrik (vibrator piezoelektrik) yang terpolarisasi dalam arah ketebalan. Di bawah eksitasi medan listrik bolak-balik frekuensi ultrasonik, getaran peregangan impedansi tinggi dan radius kecil dari vibrator piezoelektrik diubah menjadi perpindahan sumbu besar impedansi rendah dari rongga cangkang logam tipis, dan gelombang ultrasonik dipancarkan ke media udara. Sebaliknya, ketika gelombang ultrasonik bekerja pada transduser, cangkang logam tipis berubah bentuk, yang menyebabkan vibrator piezoelektrik mengalami getaran regangan radial dan menghasilkan muatan bolak-balik antara kedua elektroda. Inilah prinsip kerja dasar transduser sebagai generator dan penerima ultrasonik. Sangat cocok untuk membuat perpindahan kecil, ringan, penggerak perpindahan mikro langkah besar dan penerima ultrasonik mikro-kecil dengan frekuensi resonansi yang lebih rendah. Pengaruh parameter material dan struktural dari transduser jarak ultrasonik pada mode getaran radial dan longitudinalnya merupakan prasyarat untuk desain dan fabrikasi transduser.

Mode getaran radial transduser

Mode getaran radial dari sensor pencari jangkauan ultrasonik terkait erat dengan medan listrik eksitasi yang diterapkan, material dan parameter struktural vibrator piezoelektrik di antara keduanya diturunkan di bawah ini. Vibrator piezoelektrik terpolarisasi sepanjang arah sumbu Z (yaitu arah aksial), jari-jarinya Ro, dan ketebalannya ho; bagian bawah reli berbentuk cincin, diameter luarnya adalah Ro, dan diameter dalamnya adalah R, dengan asumsi medan piezoelektrik bolak-balik diterapkan pada dua bidang melingkar vibrator, dan vektor tegangan T dan vektor kuat medan listrik E adalah variabel bebas, dan vektor regangan S dan vektor perpindahan listrik D adalah variabel terikat, maka koordinat silinder ((r, 8, z) membentuk Persamaan piezoelektrik dapat dinyatakan di mana s adalah matriks konstanta elastis piezoelektrik bahan dalam kondisi medan listrik konstan, d mewakili matriks konstan regangan piezoelektrik, dan T adalah matriks konstanta dielektrik bebas dari bahan piezoelektrik. Tepinya diikat ke vibrator piezoelektrik untuk membentuk komposit keramik piezo logam. Ini adalah frekuensi resonansi aksial transduser.

Karena tinggi H rumahan kecil, maka getaran normalnya sensor pengukuran jarak ultrasonik dapat dipelajari kira-kira sesuai dengan getaran simetris dari pelat tipis melingkar yang diapit di pinggirannya. Diketahui suatu pelat tipis berbentuk lingkaran yang berjari-jari R simetris terhadap sumbu Z, dan beban yang diberikan pada batasnya juga simetris terhadap sumbu Z, sehingga permukaan lengkung elastis pelat tipis tersebut harus simetris terhadap sumbu Z. Oleh karena itu, analisis getaran bebas pelat tipis pada sistem koordinat kutub dapat menyederhanakan permasalahan tersebut. Misalkan terjadi defleksi pelat tipis berbentuk lingkaran pada saat t selama proses vibrasi, maka persamaan diferensial vibrasi bebas yang menggambarkan tipe sandwich periferal dapat dinyatakan.

Transduser ultrasonik jarak jauh

Transduser ultrasonik dengan sifat fisik