Resonansytelse til sylindrisk piezoelektrisk transduser(2)

Utformingen av denne sylindriske transduseren er å realisere den elektroakustiske konverteringen ved å bruke tykkelsesvibrasjonen til 1-3-2 komposittmaterialeelementet for å oppnå ensartet retning i horisontal retning. Designfrekvensen til svingeren er 74kHz. For å analysere og forutsi resonansfrekvensen til den piezoelektriske transduseren, brukes den endelige elementanalyseprogramvaren for å simulere transduseren. En åttendedel av det sylindriske utvalget av  PZT-materiale piezokeramisk er valgt, det vil si at ett stykke 1-3-2 komposittmaterialestrimmel og bakside er modellert. Størrelsen på komposittmaterialet er nøyaktig den samme som den faktiske størrelsen på prøven. Den ytre diameteren på baksiden er 60 mm, tykkelsen på rørveggen er 5 mm, og høyden er 15 mm. Figuren viser tykkelsesvibrasjonsmodusen til ett element i transduseren, og dens resonansfrekvens er 73,9 kHz.

Resonansytelsen til de to transduserne i lyddemperbassenget ble målt eksperimentelt, og admittanskurvene til de to transduserne var nesten like, slik at produksjonsprosessen var gjennomførbar og prøvene hadde god konsistens. Vannadmittanskurven til en av de sylindriske piezoelektriske transduserne målt med en presisjonsimpedansanalysator er presentert. Resonansfrekvensen er 72 kHz. Sammenligningen mellom de to figurene viser at måleresultatene i vann er svært nær simuleringsresultatene. Dette viser at vibrasjonsfrekvensen til den sylindriske transduserprøven i utgangspunktet oppfyller designkravene.

 ytelsesmåling av svingeren

Det automatiske akustiske kalibreringssystemet ble brukt til å måle ytelsen til to sammensatte sylindriske vannakustiske transdusere, slik som overføringsspenningsrespons, mottaksspenningsfølsomhet og retningsbestemmelse. Målefrekvensen var fra 20 til 100 kHz. Eksperimentet ble utført i lyddempingsbassenget til det akustiske målesenteret til Great Wall Radio Factory. Ytelsene til de to transduserne er like, og de relative avvikene er innenfor 5 %. Utførelsen til en av PZT41material piezoelektrisk stripe er valgt for analyse. Sendespenningsresponsen varierer med frekvensen. Maksimalverdien er 139dB, og 3dB-båndbredden er 7kHz. Transduserens mottaksfølsomhet måles innenfor et frekvensområde på 20 til 60 kHz, og mottaksspenningsfølsomheten er -212. (Bølget jord 4dB). Direktivitetsmåleresultatene til transduseren viser at transduseren i utgangspunktet har en direktivitet på horisontal 360, men fluktuasjonen er stor, noe som hovedsakelig skyldes at intervallet mellom array-elementene til transduseren er for stort. Piezoelementets strålingsareal er lite. Det vertikale retningsdiagrammet viser at 3dB-strålebredden i vertikal retning av transduseren er 12°.

I den piezoelektriske kompositt sylindriske transduseren er komposittelementet 10 mm tykt, og når diameteren på piezosylinderen er 70 mm, er resonansfrekvensen omtrent 72 KHz. Hvis tykkelsen på det sammensatte piezoelementet reduseres og sylinderens diameter reduseres, vil resonansfrekvensen til piezo plate transdusermateriale kan økes ytterligere, slik at når diameteren til transduseren er større, kan en høyere resonansfrekvens oppnås, og derved forbedre ren piezoelektrisitet. Når den piezokeramiske sylindriske transduseren har en høyere resonansfrekvens, er volumet mindre og det er vanskelig å behandle. Samtidig har den 1-3-2 sammensatte sylindriske transduseren en større båndbreddeforbedring enn den piezoelektriske keramiske sylindriske transduseren med samme frekvens, og emisjonsspenningsresponsen er sammenlignbar med den for piezokeramikk.

Fordi designstrukturen til den piezoelektriske transduseren er litt forskjellig fra strukturen etter fabrikasjon, og produksjonsprosessen må forbedres, er ytelsen til transduseren litt lavere enn det forventede beregningsresultatet. I tillegg er strålingsområdet til transduserarray-elementene lite, og vibrasjonsenergien til hvert array-element er fordelt langs omkretsen, noe som resulterer i lavere mottaksfølsomhet. Imidlertid, ved å øke arealet av den utstrålende overflaten til array-elementet, redusere tykkelsen av array-elementet og redusere avstanden mellom array-elementene, kan mottaksfølsomheten til transduseren forbedres og jevnheten til den horisontale orienteringen av transduseren kan også forbedres.