Prestazioni risonanti del trasduttore piezoelettrico cilindrico(2)

Il design di questo trasduttore cilindrico è quello di realizzare la conversione elettroacustica utilizzando la vibrazione dello spessore dell'elemento in materiale composito 1-3-2 per ottenere la direttività uniforme nella direzione orizzontale. La frequenza di progetto del trasduttore è 74kHz. Per analizzare e prevedere la frequenza di risonanza del trasduttore piezoelettrico, viene utilizzato il software di analisi degli elementi finiti per simulare il trasduttore. Un ottavo della matrice cilindrica di  Viene selezionato il materiale piezoceramico PZT , ovvero viene modellato un pezzo di striscia di materiale composito 1-3-2 e supporto. La dimensione del materiale composito è esattamente la stessa della dimensione effettiva del campione. Il diametro esterno del supporto è di 60 mm, lo spessore della parete del tubo è di 5 mm e l'altezza è di 15 mm. La figura mostra la modalità di vibrazione dello spessore di un elemento del trasduttore e la sua frequenza di risonanza è 73,9kHz.

Le prestazioni di risonanza dei due trasduttori nel pool del silenziatore sono state misurate sperimentalmente e le curve di ammettenza dei due trasduttori erano quasi le stesse, in modo che il processo di produzione fosse fattibile e i campioni avessero una buona consistenza. Viene presentata la curva di ammettenza dell'acqua di uno dei trasduttori piezoelettrici cilindrici misurata con un analizzatore di impedenza di precisione. La frequenza di risonanza è 72 kHz. Il confronto tra le due figure mostra che i risultati della misurazione in acqua sono molto vicini ai risultati della simulazione. Ciò dimostra che la frequenza di vibrazione del campione di trasduttore cilindrico soddisfa sostanzialmente i requisiti di progettazione.

 misurazione delle prestazioni del trasduttore

Il sistema di calibrazione acustica automatica è stato utilizzato per misurare le prestazioni di due trasduttori acustici cilindrici compositi ad acqua come la risposta alla tensione di trasmissione, la sensibilità alla tensione di ricezione e la direttività. La frequenza di misurazione era compresa tra 20 e 100 kHz. L'esperimento è stato eseguito nella piscina di silenziamento del Centro di misurazione acustica della Great Wall Radio Factory. Le prestazioni dei due trasduttori sono simili e le relative deviazioni rientrano nel 5%. La performance di uno dei La striscia piezoelettrica del materiale PZT41 è selezionata per l'analisi. La risposta della tensione di trasmissione varia con la frequenza. Il valore massimo è 139 dB e la larghezza di banda di 3 dB è 7 kHz. La sensibilità di ricezione del trasduttore viene misurata entro un intervallo di frequenza compreso tra 20 e 60kHz e la sensibilità della tensione di ricezione è -212. (Terreno ondulato 4dB). I risultati della misurazione della direttività del trasduttore mostrano che il trasduttore ha fondamentalmente una direttività di 360° orizzontale, ma la fluttuazione è ampia, principalmente perché l'intervallo tra gli elementi della matrice del trasduttore è troppo ampio. L'area di radiazione dell'elemento piezoelettrico è piccola. Il diagramma della direttività verticale mostra che l'ampiezza del fascio di 3dB nella direzione verticale del trasduttore è di 12°.

Nel trasduttore cilindrico composito piezoelettrico, l'elemento composito ha uno spessore di 10 mm e quando il diametro del cilindro piezoelettrico è di 70 mm, la frequenza di risonanza è di circa 72 KHz. Se lo spessore dell'elemento piezoelettrico composito viene ridotto e il diametro del cilindro viene ridotto, la frequenza di risonanza del Il materiale del trasduttore del disco piezoelettrico può essere ulteriormente aumentato, in modo che quando il diametro del trasduttore è maggiore, è possibile ottenere una frequenza di risonanza più elevata, migliorando così la piezoelettricità pura. Quando il trasduttore cilindrico piezoceramico ha una frequenza di risonanza più elevata, il suo volume è più piccolo ed è difficile da elaborare. Allo stesso tempo, il trasduttore cilindrico composito 1-3-2 presenta un miglioramento della larghezza di banda maggiore rispetto al trasduttore cilindrico ceramico piezoelettrico della stessa frequenza e la risposta alla tensione di emissione è paragonabile a quella della ceramica piezoelettrica.

Poiché la struttura di progettazione del trasduttore piezoelettrico è leggermente diversa dalla struttura dopo la fabbricazione e il processo di produzione deve essere migliorato, le prestazioni del trasduttore sono leggermente inferiori al risultato del calcolo previsto. Inoltre, l'area di radiazione degli elementi della schiera del trasduttore è piccola e l'energia di vibrazione di ciascun elemento della schiera è distribuita lungo la circonferenza, con conseguente minore sensibilità di ricezione. Tuttavia, aumentando l'area della superficie radiante dell'elemento della schiera, riducendo lo spessore dell'elemento della schiera e riducendo la spaziatura tra gli elementi della schiera, è possibile migliorare la sensibilità di ricezione del trasduttore e anche l'uniformità dell'orientamento orizzontale del trasduttore.