Prestasi resonan transduser piezoelektrik silinder(2)

Reka bentuk transduser silinder ini adalah untuk merealisasikan penukaran elektro-akustik dengan menggunakan getaran ketebalan elemen bahan komposit 1-3-2 untuk mendapatkan arahan seragam dalam arah mendatar. Kekerapan reka bentuk transduser ialah 74kHz. Untuk menganalisis dan meramalkan kekerapan resonan transduser piezoelektrik, perisian analisis unsur terhingga digunakan untuk mensimulasikan transduser. Satu perlapan daripada tatasusunan silinder  Piezoceramic bahan PZT dipilih, iaitu, satu keping jalur dan sandaran bahan komposit 1-3-2 dimodelkan. Saiz bahan komposit adalah sama dengan saiz sebenar sampel. Diameter luar sandaran ialah 60mm, ketebalan dinding paip ialah 5mm, dan ketinggian ialah 15mm. Rajah menunjukkan mod getaran ketebalan satu elemen transduser, dan frekuensi resonansnya ialah 73.9kHz.

Prestasi resonans kedua-dua transduser dalam kolam peredam diukur secara eksperimen, dan lengkung kemasukan kedua-dua transduser adalah hampir sama, supaya proses pengeluaran dapat dilaksanakan dan sampel mempunyai ketekalan yang baik. Keluk kemasukan air bagi salah satu transduser piezoelektrik silinder yang diukur dengan penganalisis impedans ketepatan dibentangkan. Kekerapan resonans ialah 72 kHz. Perbandingan antara kedua-dua rajah tersebut menunjukkan hasil pengukuran dalam air adalah sangat hampir dengan hasil simulasi. Ini menunjukkan bahawa kekerapan getaran sampel transduser silinder pada asasnya memenuhi keperluan reka bentuk.

 pengukuran prestasi transduser

Sistem penentukuran akustik automatik digunakan untuk mengukur prestasi dua transduser akustik air silinder komposit seperti tindak balas voltan penghantaran, kepekaan voltan penerimaan dan kearah arah. Kekerapan pengukuran adalah dari 20 hingga 100 kHz. Eksperimen itu dilakukan di kolam penyenyapan Pusat Pengukuran Akustik Kilang Radio Tembok Besar. Prestasi kedua-dua transduser adalah serupa, dan sisihan relatif adalah dalam 5%. Persembahan salah satu Jalur piezoelektrik bahan PZT41 dipilih untuk analisis. Tindak balas voltan penghantaran berbeza mengikut kekerapan. Nilai maksimum ialah 139dB, dan lebar jalur 3dB ialah 7kHz. Kepekaan penerimaan transduser diukur dalam julat frekuensi 20 hingga 60kHz, dan kepekaan voltan penerimanya ialah -212. (Tanah beralun 4dB). Keputusan pengukuran kearah transduser menunjukkan bahawa transduser pada asasnya mempunyai kedirektivitian mendatar 360, tetapi turun naiknya adalah besar, terutamanya kerana selang antara elemen tatasusunan transduser terlalu besar. Kawasan sinaran unsur piezo adalah kecil. Gambar rajah kearah menegak menunjukkan bahawa lebar pancaran 3dB dalam arah menegak transduser ialah 12 °.

Dalam transduser silinder komposit piezoelektrik, elemen komposit adalah 10 mm tebal, dan apabila diameter silinder piezo ialah 70 mm, kekerapan resonans adalah kira-kira 72 KHz. Jika ketebalan unsur piezo komposit dikurangkan dan diameter silinder dikurangkan, frekuensi resonans bahan transduser cakera piezo boleh ditingkatkan lagi, supaya apabila diameter transduser lebih besar, frekuensi resonan yang lebih tinggi boleh diperolehi, dengan itu meningkatkan piezoelektrik tulen. Apabila transduser silinder seramik piezo mempunyai frekuensi resonans yang lebih tinggi, isipadunya lebih kecil dan sukar untuk diproses. Pada masa yang sama, transduser silinder komposit 1-3-2 mempunyai peningkatan lebar jalur yang lebih besar daripada transduser silinder seramik piezoelektrik dengan frekuensi yang sama, dan tindak balas voltan pelepasan adalah setanding dengan seramik piezo.

Oleh kerana struktur reka bentuk transduser piezoelektrik sedikit berbeza daripada struktur selepas fabrikasi, dan proses pembuatan perlu diperbaiki, prestasi transduser adalah lebih rendah sedikit daripada hasil pengiraan yang dijangkakan. Di samping itu, kawasan sinaran unsur tatasusunan transduser adalah kecil, dan tenaga getaran setiap elemen tatasusunan diagihkan di sepanjang lilitan, menyebabkan kepekaan penerimaan yang lebih rendah. Walau bagaimanapun, dengan meningkatkan keluasan permukaan pancaran unsur tatasusunan, mengurangkan ketebalan elemen tatasusunan, dan mengurangkan jarak antara elemen tatasusunan, sensitiviti penerima transduser boleh dipertingkatkan dan keseragaman orientasi mendatar transduser juga boleh dipertingkatkan.