Penyediaan transduser silinder komposit seramik piezoelektrik / polimer (1)

Tatasusunan transduser adalah komponen utama dalam sistem sonar. Ia adalah peranti yang merealisasikan penukaran bersama tenaga elektro-akustik. Prestasi transduser dan tatasusunan transduser terutamanya bergantung pada prestasi, struktur dan proses pembuatan bahan transduser. Pada masa ini, kebanyakan transduser akustik bawah air yang menggunakan seramik piezoelektrik titanat zirkonat plumbum (PZT) sebagai bahan penukaran tenaga, yang mempunyai kelebihan pekali gandingan elektromekanikal yang tinggi, kehilangan yang rendah, pembuatan yang mudah, dan harga yang rendah. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh impedans ciri tinggi seramik piezoelektrik, apabila beban adalah air atau tisu biologi, ia tidak mudah untuk memadankan beban, kehilangan pantulan cincin seramik piezo di antara muka adalah besar, dan gandingan sisinya kuat. Oleh itu, transduser getaran ketebalan disediakan dengan jalur frekuensi sempit, nilai Q tinggi, kepekaan rendah dan kelemahan lain. Bahan komposit piezoelektrik jenis 1-3 mempunyai impedans ciri yang rendah, nilai Q, pemalar dielektrik, pekali gandingan elektromekanikal sisi dan pekali gandingan elektromekanikal ketebalan tinggi disebabkan oleh fasa polimer. Bahan yang sesuai untuk peranti penjimatan tenaga. Prestasi transduser omboh yang diperbuat daripada bahan komposit piezoelektrik saiz yang sama 1-3 dan cakera PZT biasa telah diukur, dan lengkung kemasukan dan penghantaran dua transduser dalam udara dan air diperolehi. Ia adalah tindak balas voltan, menerima kepekaan, dan plot kearah. Dan melalui analisis perbandingan, disimpulkan bahawa transduser bahan komposit piezoelektrik jenis 1-3 mempunyai prestasi penghantaran dan penerimaan yang lebih baik dengan ketara berbanding dengan transduser piezoelektrik PZT biasa. Komposit piezoelektrik 1-3 (1-3-2) yang dipertingkatkan mengekalkan ciri elektro-akustik yang sangat baik daripada 1-3 Komposit seramik piezo PZT5 , dan mempunyai kestabilan suhu dan tekanan yang baik, yang sangat sesuai untuk menyediakan transduser akustik bawah air. Kertas ini menggunakan bahan komposit piezoelektrik 1-2-3 untuk mereka bentuk dan mengeluarkan transduser akustik dalam air silinder, dan mengukur kemasukannya, menghantar tindak balas voltan, kepekaan menerima dan kearah arah.

Struktur dan penyediaan komposit piezoelektrik

Bahan komposit piezoelektrik diperbuat daripada 1-3 bahan komposit piezoelektrik dan substrat seramik piezo disambung secara bersiri sepanjang arah polarisasi seramik. Struktur ini mempunyai sokongan seramik piezoelektrik tegar selari dan berserenjang dengan arah polarisasi, yang lebih stabil daripada bahan komposit jenis 1-3. Ia bukan sahaja mengekalkan semua kelebihan 1-3 bahan komposit piezoelektrik, tetapi juga tidak mudah berubah bentuk pada suhu yang lebih tinggi, dan mempunyai rintangan haba yang lebih baik dan rintangan kepada kesan luaran. Bahan komposit piezoelektrik disediakan melalui proses pengisian pemotongan. Seramik piezoelektrik menggunakan PZT-5A yang dihasilkan oleh Institut Akustik Akademi Sains China. Ia telah terpolarisasi apabila ia meninggalkan kilang. Mesin pemotong automatik digunakan untuk memotong permukaan berserenjang dengan paksi polarisasi seramik piezo dalam dua arah yang berserenjang antara satu sama lain, mengekalkan ketebalan tertentu substrat untuk membentuk rangka seramik. Polimer dengan jumlah agen pengawetan yang sesuai dituangkan ke dalam rangka kerja seramik (iaitu resin epoksi WRS618 yang dihasilkan oleh Kilang Resin Wuxi), dan kemudian gelembung ejektor vakum dipindahkan dan diawetkan pada suhu bilik untuk membuat bahan komposit, yang dikisar atau dipotong untuk membentuk kosong. Sampel bahan komposit telah dibentuk, dan akhirnya, permukaan sampel ditutup dengan elektrod dengan menggunakan radas sputtering magnetron vakum tinggi. Dengan menggunakan proses di atas, dua keping 1-3-2 lembaran komposit seramik / polimer piezoelektrik 40mm * 40mm * 10mm telah disediakan. Lebar tiang seramik dan lebar resin epoksi antara tiang adalah 0.9 dan 0.45 mm, masing-masing, dan ketebalan transduser silinder piezoelektrik
 ialah 1 mm. Sepanjang arah ketebalan bahan komposit, dua keping bahan komposit dipotong menjadi 24 wafer bahan komposit dengan panjang 10 mm, lebar 6.5, dan ketebalan 10 mm. Prestasi resonans setiap wafer piezoelektrik telah diukur, dan 18 daripadanya telah dipilih untuk membuat dua wafer gantian. Hasil pengukuran prestasi setiap elemen transduser, ketekalan prestasi setiap elemen piezo adalah baik, dan frekuensi resonansnya hampir sama. Rajah menunjukkan lengkung ukuran kemasukan bagi salah satu elemen tatasusunan, di mana elemen tatasusunan semuanya serupa dengannya. 

Struktur dan proses pembuatan transduser silinder piezoelektrik

3.1 Struktur Transduser

Kepelbagaian bahan komposit piezoelektrik 1-3-2 disusun secara seragam di sepanjang lilitan untuk membentuk tatasusunan bulat untuk menghasilkan transduser silinder. Struktur transduser ditunjukkan dalam imej. Pada masa ini, tiada transduser struktur ini ditemui .Terdapat laporan penyelidikan berkaitan.

Transduser piezoelektrik silinder komposit terdiri daripada unsur komposit, sandaran tembaga, pendakap dan plat penutup. Lapan belas elemen bahan PZT komposit disusun secara sama rata dalam alur sandaran tembaga berbentuk cincin di sepanjang lilitan, dan permukaan bawah unsur bahan komposit dilekatkan pada sandaran tembaga dengan pelekat konduktif. Dengan cara ini, sandaran tembaga bukan sahaja dapat mengesan elemen tatasusunan, tetapi juga meningkatkan anjakan getaran. Oleh kerana penggunaan ikatan pelekat konduktif, elektrod bawah elemen komposit disambungkan ke sandaran, yang memudahkan proses plumbum elektrod. Dengan cara ini, plumbum elektrod yang lebih rendah (garisan isyarat) boleh dibawa keluar dari dinding sisi dalam penyandar tiub kuprum dan disambungkan ke kabel isyarat yang sama pada kabel aci. Kemudian, pendakap dan penutup hujung masing-masing mengapit dan membetulkan sandaran tembaga dari dua arah. Bahagian belakang, pendakap dan penutup hujung dilindungi dengan mesin basuh busa tegar, dan kemudian elektrod luaran unsur piezo bahan komposit disambungkan ke wayar terlindung kabel sepaksi, dan dimeterai dengan sambungan kedap air atau gam kalis air. Akhirnya, pemasangan diletakkan di dalam acuan, dan poliuretana dengan ketebalan kira-kira 2 mm dituangkan untuk membentuk lapisan kalis air, telap bunyi, dan pengedap. Dengan menggunakan proses di atas, dua transduser silinder yang serupa telah dihasilkan secara eksperimen, dan dimensi keseluruhan transduser silinder selepas pemasangan ialah 70 mm × 15 mm.