analisis teoritis transduser ultrasonik mode getaran

Ketika faktor elektromekanis aksial dan radial dari vibrator piezoelektrik tipe cakram relatif kuat, teori satu dimensi yang ditetapkan oleh model radial murni atau model ketebalan murni tidak cukup akurat. Antara nilai perhitungan teoritis dan nilai eksperimen. Kesalahan transduser ultrasonik besar. Oleh karena itu, perlu untuk memahami rangkaian ekivalen mode getaran kopling radial/ketebalan dari vibrator piezoelektrik tipe cakram, dan memperoleh mode getaran bebas isotropik dari vibrator piezoelektrik tipe cakram dalam beberapa kondisi perkiraan. Dibandingkan dengan teori satu dimensi, teori dua dimensi lebih akurat mencerminkan diameter proses getaran vibrator piezoelektrik tipe cakram dan rangkaian ekuivalen vibrator piezoelektrik bila digandeng tebal. Untuk menganalisis karakteristik elektromekanis vibrator piezoelektrik tipe cakram, I masing-masing mewakili tegangan dan arus suplai eksitasi, dan F mewakili perpindahan dan tekanan total pada masing-masing permukaan.

 Diketahui bahwa vibrator piezoelektrik terbuat dari piringan keramik piezoelektrik PZT dan dipolarisasi sepanjang sumbu z, dan lapisan perak dilapisi pada kedua ujung piringan sebagai elektroda, dan tegangan eksitasi diterapkan pada kedua ujung elektroda. Ketika dimensi ketebalan cakram sangat berbeda dari dimensi radial, maka dapat diperlakukan sebagai mode getaran ketebalan murni atau mode getaran radial murni; sebaliknya, masalah koordinasi elektromekanis antara ketebalan dan arah radial piringan keramik piezoelektrik harus dipertimbangkan. Dari persamaan gerak yaitu persamaan piezoelektrik dan persamaan muatan bebas dapat diturunkan tekanan total yang bekerja pada ketiga permukaan piringan.

Rentang frekuensi operasi transduser ultrasonik tipe cakram piezoelektrik adalah antara 2225 kHz. Ketika ada gerakan relatif antara transduser dan target yang diukur, frekuensi sinyal gema mungkin berada di luar pita operasi transduser karena efek doppler. Ada dua cara untuk mengatasi masalah ini: pertama, menggunakan dua atau lebih transduser dengan frekuensi resonansi (pusat) yang berbeda untuk membentuk sebuah array, yaitu dengan melapisi pita frekuensi beberapa transduser untuk memperluas transduser dan bandwidth array; struktur transduser gabungan digunakan untuk membuat frekuensi penerimaan bandwidth transduser pada pita transmisi sensor pengukuran jarak ultrasonik.

 Yang pertama adalah struktur susunan besar yang sering digunakan oleh sonar bawah air; yang terakhir adalah skema struktural yang diusulkan dalam makalah ini, yang memanfaatkan ukuran kecil, biaya rendah dan sensitivitas tinggi dari transduser, dan mendistribusikan transduser sebagai penerima tambahan pada tekanan. Di sekitar transduser cakram listrik (tipe penerima dan transmisi), susunan transduser melingkar terbentuk, yang memungkinkan transduser gabungan menerima sinyal gema di luar pita transduser cakram piezoelektrik. Sebagai sensor jangkauan yang dipasang di kendaraan, akan lebih praktis untuk dapat mendeteksi objek bergerak yang mendekat dengan kecepatan tinggi secara andal dibandingkan mendeteksi objek bergerak yang berjarak jauh. Dari efek doppler dapat diketahui bahwa ketika gelombang ultrasonik bekerja pada sasaran bergerak berkecepatan tinggi yang mendekat, maka frekuensi sinyal gema yang dipantulkan kembali akan bergeser ke atas (lebih tinggi dari frekuensi sinyal yang ditransmisikan). Untuk tujuan ini, frekuensi operasi yang lebih rendah dari susunan annular sensor jarak ultrasonik harus lebih tinggi dari frekuensi operasi atas transduser primer.