Klargjøring av piezoelektrisk keramikk / polymer kompositt sylindrisk transduser (1)

Transdusergruppen er nøkkelkomponentene i ekkoloddsystemet. Det er en enhet som realiserer gjensidig konvertering av elektroakustisk energi. Ytelsen til transduseren og transdusergruppen avhenger hovedsakelig av ytelsen, strukturen og produksjonsprosessen til transdusermaterialet. For tiden bruker de fleste av de akustiske undervannstransduserne piezoelektrisk keramikk av blyzirkonattitanat (PZT) som energikonverteringsmateriale, som har fordelene med høy elektromekanisk koblingskoeffisient, lavt tap, praktisk produksjon og lav pris. På grunn av den høye karakteristiske impedansen til piezoelektrisk keramikk, når belastningen er vann eller biologisk vev, er det imidlertid ikke lett å matche belastningen, refleksjonstapet av Den piezokeramiske ringen ved grensesnittet er stor, og dens sidekobling er sterk. Derfor er tykkelsesvibrasjonstransduseren forberedt med det smale frekvensbåndet, høy Q-verdi, lav følsomhet og andre mangler. 1-3 type piezoelektriske komposittmaterialer har lav karakteristisk impedans, Q-verdi, dielektrisk konstant, lateral elektromekanisk koblingskoeffisient og elektromekanisk koblingskoeffisient med høy tykkelse på grunn av polymerfasen. Ideell materiale for energispareenheten. Ytelsene til stempeltransdusere laget av samme størrelse 1-3 piezoelektriske komposittmaterialer og vanlige PZT-skiver ble målt, og admittanskurvene og transmisjonen til de to transduserne i luft og vann ble oppnådd. Det er spenningsrespons, mottaksfølsomhet og retningsplott. Og gjennom komparativ analyse konkluderes det med at transduseren av 1-3 type piezoelektrisk komposittmateriale har en betydelig forbedret overførings- og mottaksytelse sammenlignet med vanlige PZT piezoelektriske transdusere. Den forbedrede 1-3 (1-3-2) piezoelektriske kompositten beholder de utmerkede elektroakustiske egenskapene til 1-3 PZT5 piezo keramisk kompositt, og har god temperatur- og trykkstabilitet, som er svært egnet for å klargjøre undervanns akustikktransduser. Denne artikkelen bruker et 1-2-3 piezoelektrisk komposittmateriale for å designe og produsere en sylindrisk akustisk undervannstransduser, og måler dens admittans, sendespenningsrespons, mottaksfølsomhet og retningsbestemmelse.

Struktur og fremstilling av piezoelektriske kompositter

Piezoelektriske komposittmaterialer er laget av 1-3 piezoelektriske komposittmaterialer og piezokeramiske substrater koblet i serie langs den keramiske polarisasjonsretningen. Denne strukturen har stiv piezoelektrisk keramisk støtte parallelt og vinkelrett på polarisasjonsretningen, som er mer stabil enn 1-3 type komposittmaterialer. Det beholder ikke bare alle fordelene til 1-3 piezoelektriske komposittmaterialer, men er heller ikke lett å deformere ved høyere temperaturer, og har bedre varmebestandighet og motstand mot ytre påvirkning. Det piezoelektriske komposittmaterialet fremstilles ved en kutte-fyllingsprosess. Den piezoelektriske keramikken bruker PZT-5A produsert av Institute of Acoustics ved det kinesiske vitenskapsakademiet. Den har blitt polarisert når den forlater fabrikken. En automatisk skjæremaskin brukes til å kutte overflaten vinkelrett på polarisasjonsaksen til piezokeramikken i to retninger som er vinkelrett på hverandre, og beholder en viss tykkelse på underlaget for å danne et keramisk skjelett. En polymer med en passende mengde herdemiddel helles inn i det keramiske rammeverket (det vil si epoksyharpiksen WRS618 produsert av Wuxi Resin Factory), og deretter blir vakuumejektorboblen evakuert og herdet ved romtemperatur for å lage et komposittmateriale, som males eller kuttes for å forme emnet. En komposittmaterialeprøve ble dannet, og til slutt ble overflaten av prøven dekket med en elektrode ved å bruke et høyvakuummagnetronforstøvningsapparat. Ved å bruke prosessen ovenfor, ble to stykker 1-3-2 piezoelektrisk keramikk/polymer komposittark på 40 mm * 40 mm * 10 mm fremstilt. Bredden på de keramiske søylene og bredden på epoksyharpiksen mellom søylene er henholdsvis 0,9 og 0,45 mm, og tykkelsen på piezoelektrisk sylindersvinger
 er 1 mm. Langs komposittmaterialets tykkelsesretning ble to stykker komposittmateriale kuttet til 24 komposittmaterialeskiver med en lengde på 10 mm, en bredde på 6,5 og en tykkelse på 10 mm. Resonansytelsen til hver piezoelektrisk wafer ble målt, og 18 av dem ble valgt for å lage to erstatningswafere. Ytelsesmålingsresultatene for hvert element i svingerne, ytelseskonsistensen til hvert piezoelement er god, og dets resonansfrekvens er nesten den samme. Figuren viser admittansmålingskurven til ett av array-elementene, der array-elementene alle ligner på det. 

Struktur og produksjonsprosess for piezoelektrisk sylindrisk transduser

3.1 Transduserstruktur

Et antall 1-3-2 piezoelektriske komposittmaterialer er jevnt anordnet langs omkretsen for å danne en sirkulær oppstilling for å produsere en sylindrisk transduser. Transduserens struktur er vist på bildet. For tiden finnes ingen transduser av denne strukturen. Det finnes relaterte forskningsrapporter.

Den komposittsylindriske piezoelektriske transduseren er sammensatt av et komposittelement, en kobberbakside, en brakett og en dekkplate. Atten kompositt-PZT-materialeelementer er jevnt anordnet i sporene på den ringformede kobberunderlaget langs omkretsen, og bunnflaten av komposittmaterialeelementene er festet til kobberunderlaget med et ledende lim. På denne måten kan kobberunderlaget ikke bare lokalisere array-elementene, men også forbedre vibrasjonsforskyvningen. På grunn av bruken av ledende limbinding, er den nedre elektroden på komposittelementet koblet til baksiden, noe som forenkler elektrodeledningsprosessen. På denne måten kan den nedre elektrodeledningen (signalledningen) føres ut fra den indre sideveggen av kobberrørets bakside og kobles til den samme signalkabelen til akselkabelen. Deretter klemmer og fester henholdsvis braketten og endedekselet kobberunderlaget fra to retninger. Baksiden, braketten og endedekselet er isolert med en stiv skumskive, og deretter kobles de eksterne elektrodene til komposittmaterialets piezo-elementer til den skjermede ledningen til koaksialkabelen og forsegles med en vanntett skjøt eller vanntett lim. Til slutt plasseres enheten i en form, og en polyuretan med en tykkelse på ca. 2 mm helles for å danne et vanntett, lydgjennomtrengelig og tettende lag. Ved å bruke prosessen ovenfor ble to identiske sylindriske transdusere eksperimentelt produsert, og de totale dimensjonene til de sylindriske transduserne etter montering var 70 mm × 15 mm.