theoretische analyse van ultrasone transducers met trillingsmodus

Wanneer de axiale en radiale elektromechanische factoren van de piëzo-elektrische vibrator van het schijftype relatief sterk zijn, is de eendimensionale theorie die is opgesteld door het zuivere radiale model of het zuivere diktemodel niet nauwkeurig genoeg. Tussen de theoretisch berekende waarde en de experimentele waarde. De fout van ultrasone transducers is groot. Daarom is het noodzakelijk om het equivalente circuit van de radiale/diktekoppelingstrillingsmodus van de piëzo-elektrische vibrator van het schijftype te begrijpen, en de isotrope vrije trillingsmodus van de piëzo-elektrische vibrator van het schijftype onder bepaalde benaderende omstandigheden af ​​te leiden. Vergeleken met de eendimensionale theorie weerspiegelt de tweedimensionale theorie nauwkeuriger de diameter van het trillingsproces van de piëzo-elektrische vibrator van het schijftype en het equivalente circuit van de piëzo-elektrische vibrator wanneer deze dikgekoppeld is. Om de elektromechanische kenmerken van de piëzo-elektrische vibrator van het schijftype te analyseren, vertegenwoordig ik respectievelijk de excitatievoedingsspanning en -stroom, en vertegenwoordigt F respectievelijk de verplaatsing en de totale druk op de respectieve oppervlakken.

 Het is bekend dat een piëzo-elektrische vibrator is gemaakt van een PZT-piëzo-elektrische keramische schijf en gepolariseerd is langs de z-as, en dat aan beide uiteinden van de schijf een zilverlaag is geplateerd als een elektrode, en dat er een excitatiespanning wordt aangelegd aan beide uiteinden van de elektrode. Wanneer de dikteafmeting van de schijf sterk verschilt van de radiale afmeting, kan deze worden behandeld als een zuivere diktetrillingsmodus of een zuivere radiale trillingsmodus; omgekeerd moet rekening worden gehouden met het elektromechanische coördinatieprobleem tussen de dikte en de radiale richting van de piëzo-elektrische keramische schijf. Uit de bewegingsvergelijking, de piëzo-elektrische vergelijking en de vrije ladingsvergelijking, kan de totale druk worden afgeleid die op de drie oppervlakken van de schijf inwerkt.

Het werkfrequentiebereik van de ultrasone transducer van het piëzo-elektrische schijftype ligt tussen 2225 kHz. Wanneer er relatieve beweging is tussen de transducer en het doel dat wordt gemeten, kan de frequentie van het echosignaal buiten de werkband van de transducer vallen vanwege het dopplereffect. Er zijn twee manieren om dit probleem op te lossen: ten eerste, door twee of meer transducers met verschillende resonante (centrale) frequenties te gebruiken om een ​​array te vormen, dat wil zeggen door frequentiebanden van meerdere transducers over elkaar heen te leggen, wordt de transducer en de bandbreedte van de array vergroot; de gecombineerde transducerstructuur wordt gebruikt om de ontvangstfrequentie van de transducerbandbreedte in de zendband van de ultrasone afstandsmetingssensor te maken.

 De eerste is een grote array-structuur die vaak wordt gebruikt door onderwatersonar; dit laatste is het structurele schema dat in dit artikel wordt voorgesteld, dat gebruik maakt van de kleine afmetingen, de lage kosten en de hoge gevoeligheid van de transducer, en de transducer verdeelt als een hulpontvanger bij de druk. Rond de elektrische schijftransducer (ontvangst- en zendtype) is een cirkelvormige reeks transducers gevormd, waardoor de gecombineerde transducer echosignalen kan ontvangen buiten de band van de piëzo-elektrische schijftransducer. Als op een voertuig gemonteerde afstandssensor is het praktischer om op betrouwbare wijze een bewegend object te kunnen detecteren dat met hoge snelheid nadert dan een bewegend object dat zich ver weg bevindt. Uit het dopplereffect is bekend dat wanneer de ultrasone golf inwerkt op een naderend, met hoge snelheid bewegend doel, de frequentie van het teruggekaatste echosignaal naar boven zal worden verschoven (hoger dan de frequentie van het uitgezonden signaal). Daartoe moet de lagere werkfrequentie van de ringvormige reeks ultrasone afstandssensoren hoger zijn dan de bovenste werkfrequentie van de primaire transducer.