Resonante prestaties van cilindrische piëzo-elektrische transducer(2)

Het ontwerp van deze cilindrische transducer is om de elektro-akoestische conversie te realiseren door gebruik te maken van de diktetrilling van het 1-3-2 composietmateriaalelement om de uniforme gerichtheid in de horizontale richting te verkrijgen. De ontwerpfrequentie van de transducer is 74 kHz. Om de resonantiefrequentie van de piëzo-elektrische transducer te analyseren en te voorspellen, wordt de eindige-elementenanalysesoftware gebruikt om de transducer te simuleren. Een achtste van de cilindrische reeks van  Er wordt PZT-materiaal piëzokeramiek geselecteerd, dat wil zeggen dat één stuk 1-3-2-composietmateriaalstrook en achterkant wordt gemodelleerd. De grootte van het composietmateriaal is exact hetzelfde als de werkelijke grootte van het monster. De buitendiameter van de achterkant is 60 mm, de dikte van de buiswand is 5 mm en de hoogte is 15 mm. De afbeelding toont de diktetrillingsmodus van één element van de transducer, en de resonantiefrequentie ervan is 73,9 kHz.

De resonantieprestaties van de twee transducers in de geluiddemperpool werden experimenteel gemeten en de toegangscurven van de twee transducers waren vrijwel hetzelfde, zodat het productieproces haalbaar was en de monsters een goede consistentie hadden. De watertoelatingscurve van een van de cilindrische piëzo-elektrische transducers, gemeten met een precisie-impedantie-analysator, wordt weergegeven. De resonantiefrequentie bedraagt ​​72 kHz. Uit de vergelijking tussen de twee figuren blijkt dat de meetresultaten in water zeer dicht bij de simulatieresultaten liggen. Dit toont aan dat de trillingsfrequentie van het cilindrische transducermonster in principe voldoet aan de ontwerpvereisten.

 prestatiemeting van transducer

Het automatische akoestische kalibratiesysteem werd gebruikt om de prestaties van twee samengestelde cilindrische water-akoestische transducers te meten, zoals de transmissiespanningsrespons, ontvangstspanningsgevoeligheid en directiviteit. De meetfrequentie lag tussen 20 en 100 kHz. Het experiment werd uitgevoerd in het geluiddempende zwembad van het akoestische meetcentrum van de Great Wall Radio Factory. De prestaties van de twee transducers zijn vergelijkbaar en de relatieve afwijkingen liggen binnen 5%. Het optreden van een van de PZT41-materiaal piëzo-elektrische strip wordt geselecteerd voor analyse. De transmissiespanningsrespons varieert met de frequentie. De maximale waarde is 139 dB en de bandbreedte van 3 dB is 7 kHz. De ontvangstgevoeligheid van de transducer wordt gemeten binnen een frequentiebereik van 20 tot 60 kHz, en de ontvangstspanningsgevoeligheid is -212. (Golvende grond 4dB). De directiviteitsmeetresultaten van de transducer laten zien dat de transducer in principe een gerichtheid van horizontaal 360 heeft, maar de fluctuatie is groot, wat voornamelijk komt doordat het interval tussen de array-elementen van de transducer te groot is. Het stralingsgebied van het piëzo-element is klein. Het verticale directiviteitsdiagram laat zien dat de 3dB-bundelbreedte in de verticale richting van de transducer 12 ° bedraagt.

In de piëzo-elektrische samengestelde cilindrische transducer is het samengestelde element 10 mm dik, en wanneer de diameter van de piëzocilinder 70 mm is, is de resonantiefrequentie ongeveer 72 kHz. Als de dikte van het samengestelde piëzo-element wordt verkleind en de diameter van de cilinder wordt verkleind, wordt de resonantiefrequentie van de Het materiaal van de piëzoschijftransducer kan verder worden vergroot, zodat wanneer de diameter van de transducer groter is, een hogere resonantiefrequentie kan worden verkregen, waardoor de zuivere piëzo-elektriciteit wordt verbeterd. Wanneer de piëzo-keramische cilindrische transducer een hogere resonantiefrequentie heeft, is het volume kleiner en is deze moeilijk te verwerken. Tegelijkertijd heeft de 1-3-2 samengestelde cilindrische transducer een grotere bandbreedteverbetering dan de piëzo-elektrische keramische cilindrische transducer met dezelfde frequentie, en is de emissiespanningsrespons vergelijkbaar met die van piëzo-keramiek.

Omdat de ontwerpstructuur van de piëzo-elektrische transducer enigszins afwijkt van de structuur na fabricage en het fabricageproces moet worden verbeterd, zijn de prestaties van de transducer iets lager dan het verwachte berekeningsresultaat. Bovendien is het stralingsgebied van de transducerarray-elementen klein en wordt de trillingsenergie van elk array-element langs de omtrek verdeeld, wat resulteert in een lagere ontvangstgevoeligheid. Door echter het gebied van het stralingsoppervlak van het array-element te vergroten, de dikte van het array-element te verkleinen en de afstand tussen de array-elementen te verkleinen, kan de ontvangstgevoeligheid van de transducer worden verbeterd en kan ook de uniformiteit van de horizontale oriëntatie van de transducer worden verbeterd.