Kinerja resonansi transduser piezoelektrik silinder (2)

Perancangan transduser silinder ini adalah mewujudkan konversi elektro-akustik dengan menggunakan getaran ketebalan elemen material komposit 1-3-2 untuk memperoleh directivity yang seragam pada arah horizontal. Frekuensi desain transduser adalah 74kHz. Untuk menganalisis dan memprediksi frekuensi resonansi transduser piezoelektrik, perangkat lunak analisis elemen hingga digunakan untuk mensimulasikan transduser. Seperdelapan dari susunan silinder  Bahan piezoceramic PZT dipilih, yaitu satu potong strip bahan komposit 1-3-2 dan alasnya dimodelkan. Ukuran material komposit sama persis dengan ukuran sampel sebenarnya. Diameter luar penyangga adalah 60mm, ketebalan dinding pipa 5mm, dan tingginya 15mm. Gambar tersebut menunjukkan mode getaran ketebalan salah satu elemen transduser, dan frekuensi resonansinya adalah 73,9kHz.

Kinerja resonansi kedua transduser pada kolam muffler diukur secara eksperimental, dan kurva masuk kedua transduser hampir sama, sehingga proses produksi layak dan sampel memiliki konsistensi yang baik. Kurva masuk air dari salah satu transduser piezoelektrik silinder yang diukur dengan penganalisis impedansi presisi disajikan. Frekuensi resonansinya adalah 72 kHz. Perbandingan kedua gambar tersebut menunjukkan bahwa hasil pengukuran di dalam air sangat mendekati hasil simulasi. Hal ini menunjukkan bahwa frekuensi getaran sampel transduser silinder pada dasarnya memenuhi persyaratan desain.

 pengukuran kinerja transduser

Sistem kalibrasi akustik otomatis digunakan untuk mengukur kinerja dua transduser akustik air berbentuk silinder komposit seperti respon tegangan transmisi, sensitivitas tegangan penerimaan, dan directivity. Frekuensi pengukuran adalah dari 20 hingga 100 kHz. Percobaan dilakukan di kolam peredam Pusat Pengukuran Akustik Pabrik Radio Tembok Besar. Kinerja kedua transduser serupa, dan deviasi relatifnya berada dalam kisaran 5%. Kinerja salah satunya Strip piezoelektrik material PZT41 dipilih untuk dianalisis. Respon tegangan transmisi bervariasi menurut frekuensi. Nilai maksimumnya adalah 139dB, dan bandwidth 3dB adalah 7kHz. Sensitivitas penerimaan transduser diukur dalam rentang frekuensi 20 hingga 60kHz, dan sensitivitas tegangan penerimaannya adalah -212. (Tanah bergelombang 4dB). Hasil pengukuran directivity transduser menunjukkan bahwa transduser pada dasarnya mempunyai directivity horizontal 360, namun fluktuasinya besar, terutama karena jarak antar elemen array transduser terlalu besar. Area radiasi elemen piezo kecil. Diagram directivity vertikal menunjukkan bahwa beamwidth 3dB pada arah vertikal transduser adalah 12°.

Pada transduser silinder komposit piezoelektrik, elemen komposit memiliki tebal 10 mm, dan bila diameter silinder piezo 70 mm, frekuensi resonansinya sekitar 72 KHz. Jika ketebalan elemen piezo komposit diperkecil dan diameter silinder diperkecil, frekuensi resonansinya adalah bahan transduser cakram piezo dapat ditingkatkan lebih lanjut, sehingga ketika diameter transduser lebih besar, frekuensi resonansi yang lebih tinggi dapat diperoleh, sehingga meningkatkan piezoelektrik murni. Ketika transduser silinder keramik piezo memiliki frekuensi resonansi yang lebih tinggi, volumenya lebih kecil dan sulit untuk diproses. Pada saat yang sama, transduser silinder komposit 1-3-2 memiliki peningkatan bandwidth yang lebih besar daripada transduser silinder keramik piezoelektrik dengan frekuensi yang sama, dan respons tegangan emisi sebanding dengan keramik piezo.

Karena struktur desain transduser piezoelektrik sedikit berbeda dengan struktur setelah fabrikasi, dan proses pembuatannya perlu ditingkatkan, kinerja transduser sedikit lebih rendah dari hasil perhitungan yang diharapkan. Selain itu, area radiasi elemen susunan transduser kecil, dan energi getaran setiap elemen susunan didistribusikan sepanjang keliling, sehingga sensitivitas penerimaannya lebih rendah. Namun, dengan meningkatkan luas permukaan pancaran elemen susunan, mengurangi ketebalan elemen susunan, dan mengurangi jarak antar elemen susunan, sensitivitas penerimaan transduser dapat ditingkatkan dan keseragaman orientasi horizontal transduser juga dapat ditingkatkan.