Selezione della modalità di vibrazione del trasduttore ceramico piezoelettrico

 IL la ceramica piezoelettrica vibra sotto l'azione di un campo elettrico alternato esterno per eccitare le onde ultrasoniche. Le modalità di vibrazione comuni delle ceramiche piezoelettriche sono vibrazioni di allungamento, vibrazioni di flessione e vibrazioni di taglio. Le modalità di vibrazione telescopica comunemente usate dei vibratori ceramici piezoelettrici sono ulteriormente suddivise in una modalità di vibrazione della lunghezza, una modalità di vibrazione radiale e una modalità di vibrazione dello spessore. Viene mostrata la modalità di vibrazione dello spessore del disco. Il vibratore ha la forma di un disco e la direzione di polarizzazione e il campo elettrico applicato sono entrambi paralleli alla direzione dello spessore e il vibratore vibra nella direzione dello spessore. La frequenza di risonanza fondamentale di questa modalità di vibrazione è inversamente proporzionale allo spessore. La gamma di frequenza applicabile è compresa tra 30 e 100 kHz e la larghezza di banda relativa è compresa tra 1 e 4 9/5.

Se due allungati I fogli emisferici in ceramica Pzt dello stesso spessore e polarizzati sono incollati insieme, è possibile generare vibrazioni di flessione quando viene applicato un campo elettrico eccitante per provocare l'allungamento di uno dei fogli e l'accorciamento dell'altro. I due fogli ceramici incollati sono polarizzati in direzioni opposte e collegati in serie all'alimentazione; La Figura 3b mostra la connessione parallela di due lastre ceramiche con la stessa direzione di polarizzazione. In due fogli adesivi ceramici, il campo elettrico ne eccita solo uno per generare vibrazioni di flessione. Allo stesso modo, piegandone due Anche i fogli di trasduttori ceramici piezoelettrici su un foglio di metallo sottile o il collegamento di un foglio di ceramica a un foglio di metallo sottile possono produrre vibrazioni di flessione. La frequenza di risonanza della modalità di vibrazione a flessione dello spessore è legata al rapporto tra la lunghezza z del foglio e lo spessore totale t del foglio adesivo. Tra questi, IV è una costante di frequenza. La modalità di vibrazione con flessione dello spessore si applica a frequenze comprese tra 500 Hz e 100 kHz. La dimensione di tali vibratori è generalmente (larghezza del foglio di ceramica) Z (6 ~ 10) w allenamento ≥ 3,5 t. La modalità di vibrazione di taglio dello spessore è caratterizzata dalla superficie dell'elettrodo parallela alla direzione di polarizzazione. Nel campo elettrico alternato, la lamiera componente del cilindro piezoelettrico genera vibrazioni di taglio nella direzione dello spessore. La modalità di taglio dello spessore è più facile da eccitare e viene utilizzata principalmente nella gamma delle alte frequenze da 10 a 60 kHz, che non verrà descritta in dettaglio qui. In un telemetro a ultrasuoni, il trasduttore piezoelettrico emette onde ultrasoniche.

È necessario che l'ampiezza della vibrazione del vibratore sia elevata, quindi è preferibile utilizzare la modalità di vibrazione flettente. Allo stesso tempo, poiché l'impedenza acustica delle tazze piezoceramiche è estremamente bassa, è impossibile per un materiale piezoelettrico generale raggiungere un adattamento di impedenza con essa, e quindi deve essere realizzato mediante uno strato di transizione. Si è scoperto che il pezzo di ceramica piezoelettrica è legato al pezzo di metallo sottile e la ceramica piezoelettrica viene utilizzata come fonte di eccitazione per generare una modalità di vibrazione di flessione, che ha una grande ampiezza e una piccola impedenza acustica e può ottenere un adattamento dell'impedenza acustica con l'aria. Sotto forma di un foglio di ceramica e di una struttura di collegamento di un foglio di metallo sottile, il foglio di metallo sottile può anche fungere da pellicola protettiva per proteggere le ceramiche piezoelettriche e gli elettrodi da usura e danni. Il materiale può essere selezionato tra una lega di nichel-cromo-titanio ad alta stabilità. Poiché più sottile è il pezzo di metallo, maggiore è la trasmittanza alternativa della pressione sonora, il pezzo di metallo è progettato per essere sottile, generalmente circa 0,1 mm.

 Forma e dimensioni del vibratore

In un telemetro a ultrasuoni, il campo ultrasonico trasmesso deve essere a forma di ventaglio e un vibratore rettangolare è considerato una sorgente d'onda. Per la vibrazione del pistone viene utilizzata una sorgente d'onda rettangolare di lunghezza e larghezza e il campo sonoro dell'onda longitudinale irradiato nel mezzo gassoso è simile alla sorgente del disco. Il raggio principale del disco ceramico piezoelettrico è una piramide quadrangolare, che è una vista prospettica del lobo principale direzionale della sorgente d'onda rettangolare.