Impedans akustik transduser penggetar piezoelektrik jenis cakera

Transduser jenis cakera piezoelektrik membincangkan kelebihan dan kekurangan pelbagai bentuk transduser ultrasonik. Memandangkan prestasi, dimensi pemasangan dan ujian medan penderia julat ultrasonik, cakera seramik piezoelektrik dipilih jejari/ketebalan mod getaran ialah penggetar transduser ultrasonik. Penggetar piezoelektrik cakera beroperasi pada frekuensi antara 20 kHz hingga 120 kHz. Dari teori akustik diketahui bahawa penggetar piezoelektrik jenis cakera berdiameter besar berfungsi dalam jalur frekuensi rendah dibangunkan untuk membangunkan jarak yang jauh dan arahan yang kuat. Pertama, kaedah reka bentuk transdus piezoelektrik cakera mempunyai pemadanan impedans akustik dan teknologi pemadanan impedans elektromekanikal. Masalah teori getaran getaran jejari/ketebalan dikaji. Kemudian, reka bentuk dan fabrikasi transduser gabungan dibincangkan.

Gambarajah skematik taburan anjakan paksi bagi penggetar piezoelektrik jenis cakera tertumpu di tengah permukaan pancaran cakera, oleh itu, untuk dimensi struktur yang sama, ciri arah bagi transduser piezoelektrik jenis cakera (mod getaran jejari/ketebalan) adalah lebih baik daripada ciri transduser arah omboh jenis omboh (ketebalan piezoelektrik). Untuk menentukan saiz struktur sensor ultrasonik jenis cakera untuk mengukur jarak, anjakan relatif tenaga getaran R (jejari) penggetar piezoelektrik boleh dianggarkan dengan mengira formula lebar rasuk (3.11b) penggetar piezoelektrik jenis omboh untuk menganggarkan penggetar piezoelektrik jenis cakera. Dengan mengandaikan bahawa penggetar piezoelektrik cakera beroperasi pada frekuensi 25 kHz, panjang gelombang gelombang ultrasonik di udara adalah kira-kira 13.6 mm. Jika lebar rasuk transduser dikehendaki 3 dB, jejari penggetar piezoelektrik jenis cakera ialah R hendaklah sekurang-kurangnya sama dengan seramik piezoelektrik, dan cakera seramik piezoelektrik mempunyai jejari R=0.045 m sebenarnya dipilih sebagai penggetar transduser. Lebih besar jejari cakera, lebih berfaedah adalah untuk meningkatkan ciri arah transduser piezoelektrik cakera. Bahan seramik PZT-5 digunakan sebagai transduser .

Padanan impedans akustik adalah apabila ketidakpadanan nisbah impedans akustik sensor jarak ultrasonik bukan sahaja mengurangkan pekali penghantaran antara muka, tetapi juga menjadikan penggetar piezoelektrik bergema pada nilai yang tinggi, iaitu jalur frekuensi kerja sempit dan masa baki bentuk gelombang adalah panjang, sekali gus menjejaskan probe dengan serius. Kepekaan menghantar/menerima, resolusi paksi, dan kapasiti saluran adalah untuk mengelakkan fenomena ini, adalah perlu untuk menggunakan teknik antagonis pemadanan impedans akustik, dan permukaan penyinaran penggetar piezoelektrik mempunyai nisbah impedans akustik yang tinggi tidak secara langsung menghubungi medium gas yang mempunyai nisbah impedans akustik yang sangat rendah. 

Dalam transduser ini, tiga bahan padanan berbeza digunakan untuk beralih secara beransur-ansur dari permukaan penyinaran penggetar piezoelektrik dengan galangan akustik yang tinggi kepada medium udara dengan galangan akustik yang rendah. Teknik padanan ini adalah berdasarkan pertukaran bunyi air yang disediakan. Kaedah pemadanan tenaga. Dalam jadual, nisbah impedans akustik bagi sandaran, elemen piezoelektrik, bahan padanan lapisan ke-3 dan beban masing-masing direkodkan sebagai ZB, Zo, Z, ZLo kerana nisbah impedans akustik ZL udara ialah 411 Pa·s/m, yang jauh lebih kecil daripada impedans akustik penggetar piezoelektrik ialah Zooelectric vibrator. Oleh itu, pelbagai padanan penderia kedalaman ultrasonik harus digunakan untuk pemadanan impedans, supaya nisbah impedans akustik beralih daripada tinggi (permukaan pancaran cakera piezoelektrik) kepada peralihan 'licin' rendah kepada beban sederhana udara. Juga mempertimbangkan pengecilan akustik bahan lapisan yang sepadan. Dalam hampir semua analisis teori dan amalan kejuruteraan, ketebalan lapisan padanan diambil sebagai (dan merupakan panjang gelombang gelombang akustik bahan lapisan padanan) dan dipanggil 'lapisan padanan suku-panjang gelombang'. Memandangkan perubahan ciri frekuensi transduser selepas lapisan sepadan digunakan, ketebalan lapisan sepadan juga harus didarab dengan pekali ketebalan, dan nilainya diambil .