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圧電ディスク タイプのトランスデューサでは、さまざまな形式の超音波トランスデューサの長所と短所について説明します。超音波測距センサーの性能、取り付け寸法、フィールドテストを考慮して、超音波トランスデューサーの振動子の振動モードの半径/厚さに合わせて圧電セラミックディスクが選択されます。ディスク圧電振動子は、20 kHz ～ 120 kHz の範囲の周波数で動作します。大口径ディスク型圧電振動子は低周波帯域で動作し、長距離と強い指向性を発現することが音響理論から知られています。第一に、ディスク圧電トランスデュースの設計方法には、音響インピーダンス整合技術と電気機械インピーダンス整合技術があります。半径方向/厚み方向の振動の理論的問題を研究した。次に、複合トランスデューサの設計と製造について説明します。
ディスク型圧電振動子の軸方向の変位分布の模式図は、ディスクの放射面の中心に集中しているため、同じ構造寸法であれば、ディスク型圧電振動子の指向特性（ラジアル／厚み振動モード）がピストン型圧電振動子の指向特性（厚み振動モードの純粋な指向特性）に優れています。距離を測定する円盤型超音波センサの構造サイズを決定するには、ピストン型圧電振動子のビーム幅の式（３．１１ｂ）を計算して、円盤型圧電振動子を推定することにより、圧電振動子の振動エネルギー相対変位Ｒ（半径）を推定すればよい。円盤型圧電振動子の周波数を２５ｋＨｚとすると、空気中の超音波の波長は約１３．６ｍｍとなる。トランスデューサのビーム幅を 3 dB にする必要がある場合、ディスク型圧電振動子の半径 R は少なくとも圧電セラミックスと等しい必要があり、実際には半径 R=0.045 m の圧電セラミックディスクがトランスデューサ振動子として選択されます。ディスクの半径が大きいほど、ディスク圧電トランスデューサの指向特性を改善するのに有利である。 PZT-5 セラミック材料がトランスデューサとして使用されます。
音響インピーダンス整合とは、超音波距離センサーの音響インピーダンス比の不整合により、界面の伝達係数が低下するだけでなく、圧電振動子が高い値で共振する、つまり使用周波数帯域が狭く、波形残留時間が長くなり、プローブに重大な影響を与えるものです。この現象を回避するには、送受信感度、軸方向分解能、チャネル容量を考慮し、音響インピーダンス整合の拮抗技術を用いる必要があり、音響インピーダンス比の高い圧電振動子の放射面が、音響インピーダンス比が非常に低い気体媒体と直接接触しないようにする必要がある。
このトランスデューサでは、3 つの異なるマッチング材料を使用して、音響インピーダンスの高い圧電振動子の放射面から音響インピーダンスの低い空気媒体に徐々に移行します。このマッチング技術は、提供された水音交換に基づいています。エネルギーマッチング方式。空気の音響インピーダンス比ZLは411Pa・s/mであり、圧電振動子の音響インピーダンスZoに比べて非常に小さいため、表ではバッキング、圧電素子、第i層整合材、荷重の音響インピーダンス比をそれぞれZB、Zo、Z、ZLoと表記しています。したがって、空気媒体負荷に対して音響インピーダンス比が高い (圧電ディスク放射面) から低い「滑らかな」移行に移行するように、インピーダンス マッチングにはさまざまなマッチング超音波深度センサーを使用する必要があります。整合層材料の音響減衰も考慮します。ほとんどすべての理論解析および工学的実践では、整合層の厚さは (整合層材料の音響波の波長でもあり) と見なされ、「4 分の 1 波長整合層」と呼ばれます。整合層塗布後の振動子の周波数特性の変化を考慮し、整合層の厚みにも厚み係数を乗じた値とします。
