Akustisk impedans for en piezoelektrisk vibratorsvinger av platetype

Transdusere av piezoelektrisk skive diskuterer fordelene og ulempene med ulike former for ultralydsvinger. Med tanke på ytelsen, monteringsdimensjonene og felttestingen av ultralydavstandssensorer, velges piezoelektriske keramiske plater radial/tykkelsen på vibrasjonsmodusen er vibratoren til ultralydsvingeren. Piezoelektriske skivevibratorer fungerer ved frekvenser fra 20 kHz til 120 kHz. Det er kjent fra den akustiske teorien at den piezoelektriske vibratoren med stor diameter av skivetypen arbeider i lavfrekvensbåndet og er utviklet for å utvikle en stor avstand og sterk retningsvirkning. For det første har designmetoden til den piezoelektriske transduseren den akustiske impedanstilpasningen og den elektromekaniske impedanstilpasningsteknologien. Det teoretiske problemet med den radielle/tykkelsesvibrasjonsvibrasjonen studeres. Deretter diskuteres design og fabrikasjon av den kombinerte transduseren.

Skjematisk diagram av distribusjon av aksial forskyvning av en piezoelektrisk vibrator av skivetype er konsentrert i midten av den utstrålende overflaten av skiven, og derfor, for de samme strukturelle dimensjonene, er retningskarakteristikken til den piezoelektriske transduseren av skivetypen (radial-/tykkelsesvibrasjonsmodus) overlegen den til den for stempel-pure-retnings tykke transducerzo-karakteristika (vibrasjons-pure-type tykk transducerzo). modus). For å bestemme den strukturelle størrelsen til den skive-type ultralydsensoren for å måle avstand, kan vibrasjonsenergiens relative forskyvning R (radius) til den piezoelektriske vibratoren estimeres ved å beregne strålebreddeformelen (3.11b) til den stempel-type piezoelektriske vibratoren for å estimere den skive-type piezoelektriske vibratoren. Forutsatt at den piezoelektriske skivevibratoren opererer med en frekvens på 25 kHz, er bølgelengden til ultralydbølgen i luften omtrent 13,6 mm. Hvis strålebredden til transduseren kreves å være 3 dB, bør radiusen til den piezoelektriske vibratoren R være minst lik den piezoelektriske keramikken, og en piezoelektrisk keramisk skive har en radius på R=0,045 m, og er faktisk valgt som svingervibratoren. Jo større radius på disken er, desto mer fordelaktig er det å forbedre retningsegenskapene til den piezoelektriske transduseren. PZT-5 keramisk materiale brukes som transduser.

Akustisk impedanstilpasning er når mistilpasningen av de akustiske impedansforholdene til ultralydavstandssensoren ikke bare reduserer overføringskoeffisienten til grensesnittet, men også får den piezoelektriske vibratoren til å resonere med en høy verdi, det vil si at arbeidsfrekvensbåndet er smalt og bølgeformens gjenværende tid er lang, og dermed alvorlig påvirker sonden. Sende/mottaksfølsomhet, aksial oppløsning og kanalkapasitet er for å unngå dette fenomenet, det er nødvendig å bruke antagonistisk teknikk for akustisk impedanstilpasning, og den utstrålende overflaten til den piezoelektriske vibratoren har et høyt akustisk impedansforhold og kommer ikke direkte i kontakt med det gassformige mediet som har et veldig lavt akustisk impedansforhold. 

I denne transduseren brukes tre forskjellige matchende materialer for gradvis å gå over fra den utstrålende overflaten til den piezoelektriske vibratoren med høy akustisk impedans til luftmediet med lav akustisk impedans. Denne matchingsteknikken er basert på den medfølgende vannlydutvekslingen. Energitilpasningsmetode. I tabellen er de akustiske impedansforholdene til baksiden, det piezoelektriske elementet, lagets matchende materiale og belastningen registrert som henholdsvis ZB, Zo, Z, ZLo fordi det akustiske impedansforholdet ZL til luft er 411 Pa·s/m, som er mye mindre enn den akustiske vibratorimpedansen til den piezoelektriske. Derfor bør en rekke matchende ultrasoniske dybdesensorer brukes for impedanstilpasning, slik at det akustiske impedansforholdet går over fra en høy (piezoelektrisk skivestrålende overflate) til en lav 'glatt' overgang til en middels luftbelastning. Vurderer også den akustiske dempingen av det matchende lagmaterialet. I nesten all teoretisk analyse og ingeniørpraksis blir tykkelsen på det matchende laget tatt som (og er bølgelengden til den akustiske bølgen til det matchende lagmaterialet) og kalles 'kvartbølgelengdetilpasningslaget'. Tatt i betraktning endringen av frekvenskarakteristikken til transduseren etter at det matchende laget er påført, bør tykkelsen på det matchende laget også multipliseres med en tykkelseskoeffisient, og verdien tas .