Valg av vibrasjonsmodus for piezoelektrisk keramisk transduser

 De piezoelektrisk keramikk vibrerer under påvirkning av et eksternt vekslende elektrisk felt for å eksitere ultralydbølger. De vanlige vibrasjonsmodusene for piezoelektrisk keramikk er strekkvibrasjoner, bøyningsvibrasjoner og skjærvibrasjoner. De ofte brukte teleskopiske vibrasjonsmodusene til piezoelektriske keramiske vibratorer er videre delt inn i en lengdevibrasjonsmodus, en radiell vibrasjonsmodus og en tykkelsesvibrasjonsmodus. Vibrasjonsmodus for skivetykkelse vises. Vibratoren er i form av en skive, og polarisasjonsretningen og det påførte elektriske feltet er begge parallelle med tykkelsesretningen, og vibratoren vibrerer i tykkelsesretningen. Den grunnleggende resonansfrekvensen til denne vibrasjonsmodusen er omvendt proporsjonal med tykkelsen. Det gjeldende frekvensområdet er 30 til 100 kHz, og den relative båndbredden er innenfor 1 til 4 9/5.

Hvis to forlenget Pzt keramiske halvkule- plater av samme tykkelse og polariserte er bundet sammen, bøyningsvibrasjoner kan genereres når et spennende elektrisk felt påføres for å få en av platene til å forlenges og den andre forkortes. De to keramiske arkene som er bundet er polarisert i motsatte retninger og koblet til strømforsyningen i serie; Figur 3b viser parallellkoblingen av to keramiske plater med samme polarisasjonsretning. I to keramiske limplater begeistrer det elektriske feltet bare ett av dem for å generere bøyningsvibrasjoner. På samme måte bøyer to piezoelektriske keramiske transduserplater på en tynn metallplate eller liming av en keramisk plate til en tynn metallplate kan også produsere bøyningsvibrasjoner. Resonansfrekvensen til vibrasjonsmodusen for tykkelsesbøyning er relatert til forholdet mellom lengden z av arket og den totale tykkelsen t av det klebende arket. Blant dem er IV en frekvenskonstant. Tykkelsebøyningsvibrasjonsmodusen gjelder for frekvenser fra 500 Hz til 100 kHz. Størrelsen på slike vibratorer er generelt (bredden på det keramiske arket) Z (6 ~ 10) med trening ≥ 3,5 t. Tykkelsesskjærvibrasjonsmodusen er preget av elektrodeoverflaten parallelt med polarisasjonsretningen. I det vekslende elektriske feltet genererer den piezoelektriske sylinderkomponentplaten skjærvibrasjoner i tykkelsesretningen. Tykkelsesskjærmodusen er lettere å bli begeistret og brukes hovedsakelig i høyfrekvensområdet 10 til 60 kHz, som ikke vil bli beskrevet i detalj her. I en ultralydavstandsmåler sender den piezoelektriske transduseren ut ultralydbølger.

Det kreves at amplituden til vibratorvibrasjonen er stor, så det er å foretrekke å bruke bøyningsvibrasjonsmodus. På samme tid, fordi den akustiske impedansen til piezokeramiske boller er ekstremt lav, er det umulig for et generelt piezoelektrisk materiale å oppnå impedanstilpasning med det, og derfor må det realiseres ved hjelp av et overgangslag. Det er funnet at det piezoelektriske keramiske stykket er bundet til det tynne metallstykket, og det piezoelektriske keramikken brukes som eksitasjonskilde for å generere en bøyningsvibrasjonsmodus, som har en stor amplitude og en liten akustisk impedans, og kan oppnå akustisk impedanstilpasning med luft. I form av en keramisk plate og en tynn metallplate-bindingsstruktur, kan den tynne metallplaten også tjene som en beskyttende film for å beskytte den piezoelektriske keramikken og elektrodene mot slitasje og skade. Materialet kan velges fra høystabil nikkel-krom-titan-legering. Siden jo tynnere metallstykket er, jo høyere er lydtrykk frem- og tilbakegående transmittans, metallstykket er designet for å være tynt, vanligvis ca. 0,1 mm.

 Vibratorform og størrelse

I en ultralydavstandsmåler kreves det at det overførte ultralydfeltet er vifteformet, og en rektangulær vibrator betraktes som en bølgekilde. En rektangulær bølgekilde med lengde og bredde brukes til stempelvibrasjoner, og det langsgående bølgelydfeltet som utstråles i gassmediet ligner skivekilden. Hovedstrålen til den piezoelektriske keramiske skiven er en firkantet pyramide, som er et perspektivbilde av den retningsbestemte hovedloben til den rektangulære bølgekilden.