Selectie van trillingsmodus van piëzo-elektrische keramische transducer

 De piëzo-elektrische keramiek trilt onder invloed van een extern elektrisch wisselveld om ultrasone golven op te wekken. De gebruikelijke trillingsmodi van piëzo-elektrische keramiek zijn rekvibratie, buigtrilling en schuiftrilling. De algemeen gebruikte telescopische trillingsmodi van piëzo-elektrische keramische vibrators zijn verder onderverdeeld in een lengtetrillingsmodus, een radiale trillingsmodus en een diktevibratiemodus. De trillingsmodus van de schijfdikte wordt weergegeven. De vibrator heeft de vorm van een schijf en de polarisatierichting en het aangelegde elektrische veld zijn beide evenwijdig aan de dikterichting, en de vibrator trilt in de dikterichting. De fundamentele resonantiefrequentie van deze trillingsmodus is omgekeerd evenredig met de dikte. Het toepasselijke frequentiebereik is 30 tot 100 kHz en de relatieve bandbreedte ligt tussen 1 en 4 9/5.

Als twee langwerpig Pzt-keramische halve bolplaten van dezelfde dikte en gepolariseerd zijn aan elkaar gebonden. Buigtrilling kan worden gegenereerd wanneer een opwindend elektrisch veld wordt aangelegd waardoor een van de platen wordt verlengd en de andere wordt ingekort. De twee met elkaar verbonden keramische platen zijn in tegengestelde richtingen gepolariseerd en in serie verbonden met de voeding; Figuur 3b toont de parallelle verbinding van twee keramische platen met dezelfde polarisatierichting. In twee keramische kleefvellen wekt het elektrische veld slechts één ervan op, waardoor buigtrillingen ontstaan. Op dezelfde manier buigen twee piëzo-elektrische keramische transducerplaten op een dunne metalen plaat of het verbinden van een keramische plaat met een dunne metalen plaat kunnen ook buigtrillingen veroorzaken. De resonantiefrequentie van de diktebuigtrillingsmodus is gerelateerd aan de relatie tussen de lengte z van het vel en de totale dikte t van het zelfklevende vel. Onder hen is IV een frequentieconstante. De diktebuigtrillingsmodus is van toepassing op frequenties van 500 Hz tot 100 kHz. De grootte van dergelijke vibrators is over het algemeen (de breedte van de keramische plaat) Z (6 ~ 10) w training ≥ 3,5 t. De dikteschuiftrillingsmodus wordt gekenmerkt door het elektrodeoppervlak evenwijdig aan de polarisatierichting. In het wisselende elektrische veld genereert de piëzo-elektrische cilindercomponentplaat schuiftrilling in de dikterichting. De dikteafschuifmodus is gemakkelijker aan te slaan en wordt voornamelijk gebruikt in het hoge frequentiebereik van 10 tot 60 kHz, dat hier niet in detail zal worden beschreven. In een ultrasone afstandsmeter zendt de piëzo-elektrische transducer ultrasone golven uit.

Het is vereist dat de amplitude van de vibratietrilling groot is, daarom verdient het de voorkeur om de buigtrillingsmodus te gebruiken. Tegelijkertijd is het, omdat de akoestische impedantie van piëzo-keramische kommen extreem laag is, onmogelijk voor een algemeen piëzo-elektrisch materiaal om een ​​impedantie-aanpassing daarmee te bereiken, en daarom moet dit worden gerealiseerd door middel van een overgangslaag. Het is gebleken dat het piëzo-elektrische keramische stuk is gebonden aan het dunne metalen stuk, en dat het piëzo-elektrische keramiek wordt gebruikt als de excitatiebron om een ​​buigtrillingsmodus te genereren, die een grote amplitude en een kleine akoestische impedantie heeft, en een akoestische impedantie kan bereiken die overeenkomt met lucht. In de vorm van een keramische plaat en een dunne metalen plaatverbindingsstructuur kan de dunne metalen plaat ook dienen als een beschermende film om de piëzo-elektrische keramiek en elektroden te beschermen tegen slijtage en beschadiging. Het materiaal kan worden gekozen uit een nikkel-chroom-titaanlegering met hoge stabiliteit. Omdat hoe dunner het metalen stuk is, des te hoger de heen en weer gaande transmissie van de geluidsdruk is. Het metalen stuk is ontworpen om dun te zijn, in het algemeen ongeveer 0,1 mm.

 Vorm en maat van de vibrator

In een ultrasone afstandsmeter moet het uitgezonden ultrasone veld waaiervormig zijn en wordt een rechthoekige vibrator als golfbron beschouwd. Voor zuigertrilling wordt een rechthoekige golfbron met lengte en breedte gebruikt, en het longitudinale golfgeluidsveld dat in het gasmedium wordt uitgestraald is vergelijkbaar met de schijfbron. De hoofdbundel van de piëzo-elektrische keramische schijf is een vierhoekige piramide, die een perspectiefaanzicht is van de gerichte hoofdlob van de rechthoekige golfbron.