Language
Aantal keren bekeken: 4 Auteur: Site-editor Publicatietijd: 12-03-2020 Herkomst: Locatie
De transducerarray is de belangrijkste component van het sonarsysteem. Het is een apparaat dat de onderlinge omzetting van elektro-akoestische energie realiseert. De prestaties van de transducer en de transducerarray hangen voornamelijk af van de prestaties, structuur en het productieproces van het transducermateriaal. Momenteel gebruiken de meeste akoestische transducers onder water loodzirkonaat-titanaat piëzo-elektrisch keramiek (PZT) als energieconversiemateriaal, dat de voordelen heeft van een hoge elektromechanische koppelingscoëfficiënt, laag verlies, gemakkelijke vervaardiging en lage prijs. Vanwege de hoge karakteristieke impedantie van piëzo-elektrische keramiek is het echter, wanneer de belasting water of biologisch weefsel is, niet eenvoudig om de belasting aan te passen, het reflectieverlies van De piëzo-keramische ring op het grensvlak is groot en de zijdelingse koppeling is sterk. Daarom is de diktetrillingstransducer voorbereid met zijn smalle frequentieband, hoge Q-waarde, lage gevoeligheid en andere tekortkomingen. Piëzo-elektrische composietmaterialen van het type 1-3 hebben een lage karakteristieke impedantie, Q-waarde, diëlektrische constante, laterale elektromechanische koppelingscoëfficiënt en elektromechanische koppelingscoëfficiënt met hoge dikte als gevolg van de polymeerfase. Ideaal materiaal voor het energiebesparende apparaat. De prestaties van zuigertransducers gemaakt van piëzo-elektrische composietmaterialen van dezelfde maat 1-3 en gewone PZT-schijven werden gemeten, en de toegangskrommen en transmissie van de twee transducers in de lucht en het water werden verkregen. Het zijn spanningsrespons-, ontvangstgevoeligheid- en directiviteitsgrafieken. En door vergelijkende analyse wordt geconcludeerd dat de 1-3-type piëzo-elektrische composietmateriaaltransducer een aanzienlijk verbeterde transmissie- en ontvangstprestatie heeft vergeleken met gewone PZT-piëzo-elektrische transducers. Het verbeterde 1-3 (1-3-2) piëzo-elektrische composiet behoudt de uitstekende elektro-akoestische eigenschappen van de 1-3 PZT5 piëzo-keramisch composiet en heeft een goede temperatuur- en drukstabiliteit, wat zeer geschikt is voor het voorbereiden van onderwaterakoestiektransducers. Dit artikel maakt gebruik van een 1-2-3 piëzo-elektrisch composietmateriaal om een cilindrische onderwater-akoestische transducer te ontwerpen en te vervaardigen, en meet de toegang, de zendspanningsrespons, de ontvangstgevoeligheid en de richtingsgevoeligheid.
Piëzo-elektrische composietmaterialen zijn gemaakt van 1-3 piëzo-elektrische composietmaterialen en piëzo-keramische substraten die in serie zijn geschakeld langs de keramische polarisatierichting. Deze structuur heeft een stijve piëzo-elektrische keramische ondersteuning parallel en loodrecht op de polarisatierichting, die stabieler is dan composietmaterialen van het type 1-3. Het behoudt niet alleen alle voordelen van 1-3 piëzo-elektrische composietmaterialen, maar is ook niet gemakkelijk te vervormen bij hogere temperaturen en heeft een betere hittebestendigheid en weerstand tegen externe impact. Het piëzo-elektrische composietmateriaal wordt vervaardigd door een snij-vulproces. Het piëzo-elektrische keramiek maakt gebruik van PZT-5A, geproduceerd door het Institute of Acoustics van de Chinese Academie van Wetenschappen. Het is gepolariseerd wanneer het de fabriek verlaat. Een automatische snijmachine wordt gebruikt om het oppervlak loodrecht op de polarisatie-as van het piëzo-keramiek te snijden in twee richtingen die loodrecht op elkaar staan, waarbij een bepaalde dikte van het substraat behouden blijft om een keramisch skelet te vormen. Een polymeer met een geschikte hoeveelheid uithardingsmiddel wordt in het keramische raamwerk gegoten (dat wil zeggen de epoxyhars WRS618 geproduceerd door Wuxi Resin Factory), en vervolgens wordt de vacuümuitwerpbel geëvacueerd en bij kamertemperatuur uitgehard om een composietmateriaal te maken, dat wordt gemalen of gesneden om de plano vorm te geven. Er werd een monster van composietmateriaal gevormd en tenslotte werd het oppervlak van het monster bedekt met een elektrode met behulp van een magnetronsputterapparaat met hoog vacuüm. Met behulp van het bovenstaande proces werden twee stukken 1-3-2 piëzo-elektrische keramische / polymeercomposietplaat van 40 mm * 40 mm * 10 mm vervaardigd. De breedte van de keramische pilaren en de breedte van de epoxyhars tussen de pilaren zijn respectievelijk 0,9 en 0,45 mm, en de dikte van de piëzo-elektrische cilindertransducer
is 1 mm. Langs de dikterichting van het composietmateriaal werden twee stukken composietmateriaal gesneden in 24 composietmateriaalwafels met een lengte van 10 mm, een breedte van 6,5 en een dikte van 10 mm. De resonantieprestaties van elke piëzo-elektrische wafel werden gemeten en 18 daarvan werden geselecteerd voor het maken van twee vervangende wafels. De prestatiemetingsresultaten van elk element van de transducers, de prestatieconsistentie van elk piëzo-element zijn goed en de resonantiefrequentie is bijna hetzelfde. De figuur toont de toegangsmeetcurve van een van de array-elementen, waarbij de array-elementen er allemaal op lijken.
Structuur en productieproces van piëzo-elektrische cilindrische transducer
Een aantal 1-3-2 piëzo-elektrische composietmaterialen zijn uniform langs de omtrek gerangschikt om een cirkelvormige reeks te vormen om een cilindrische transducer te produceren. De structuur van de transducer wordt weergegeven in de afbeelding. Momenteel is er geen transducer van deze structuur gevonden. Er zijn gerelateerde onderzoeksrapporten.
De samengestelde cilindrische piëzo-elektrische transducer bestaat uit een composietelement, een koperen achterkant, een beugel en een afdekplaat. Achttien samengestelde PZT-materiaalelementen zijn gelijkmatig gerangschikt in de groeven van de ringvormige koperen achterkant langs de omtrek, en het onderoppervlak van de composietmateriaalelementen is met een geleidende lijm aan de koperen achterkant gehecht. Op deze manier kan de koperen achterkant niet alleen de array-elementen lokaliseren, maar ook de trillingsverplaatsing verbeteren. Door het gebruik van geleidende lijmverbindingen is de onderste elektrode van het composietelement verbonden met de achterkant, wat het elektrodegeleidingsproces vereenvoudigt. Op deze manier kan de onderste elektrodeleiding (signaallijn) uit de binnenzijwand van de achterkant van de koperen buis worden geleid en worden aangesloten op dezelfde signaalkabel als de schachtkabel. Vervolgens klemmen en fixeren de beugel en de eindafdekking respectievelijk de koperen achterkant vanuit twee richtingen. De achterkant, de beugel en de eindafdekking zijn geïsoleerd met een harde schuimring en vervolgens worden de externe elektroden van de piëzo-elementen van composietmateriaal verbonden met de afgeschermde draad van de coaxkabel en afgedicht met een waterdichte verbinding of waterdichte lijm. Tenslotte wordt het geheel in een mal geplaatst en wordt er een polyurethaan met een dikte van ongeveer 2 mm gegoten om een waterdichte, geluidsdoorlatende en afsluitende laag te vormen. Door gebruik te maken van het bovenstaande proces werden experimenteel twee identieke cilindrische transducers vervaardigd, en de totale afmetingen van de cilindrische transducers na montage waren 70 mm x 15 mm.
