Tryb drgań promieniowych przetwornika ultradźwiękowego

Modelowanie i eksperymentowanie przetwornika ultradźwiękowego w ośrodku powietrznym, pasmo częstotliwości Czujnik ultradźwiękowy jest na ogół wąski, co bezpośrednio wpływa na jego skuteczność wykrywania szybko poruszających się celów. Aby rozwiązać wąskie pasmo czujnika ultradźwiękowego, można zastosować mikrominiaturowy przetwornik jako odbiornik pomocniczy w kombinowanym przetworniku ultradźwiękowym, aby poszerzyć szerokość pasma odbiorczego kombinowanego przetwornika. Przetwornik jest metalowym, piezoelektrycznym przetwornikiem kompozytowym typu naprężenia zginającego, który składa się z dwóch cienkich metalowych osłon, umieszczonych w piezoelektrycznej płytce ceramicznej (wibrator piezoelektryczny) spolaryzowanych w kierunku grubości. Pod wzbudzeniem zmiennego pola elektrycznego o częstotliwości ultradźwiękowej drgania rozciągające o wysokiej impedancji i małym promieniu wibratora piezoelektrycznego przekształcają się w przemieszczenie cienkiej metalowej powłoki o niskiej impedancji i dużej osi, a fala ultradźwiękowa jest emitowana do ośrodka powietrznego. I odwrotnie, gdy fale ultradźwiękowe działają na przetwornik, cienka metalowa obudowa ulega deformacji, co powoduje, że wibrator piezoelektryczny ulega promieniowym wibracjom rozciągającym i generuje ładunek przemienny pomiędzy dwiema elektrodami. Jest to podstawowa zasada działania przetwornika jako generatora i odbiornika ultradźwiękowego. Bardzo dobrze nadaje się do wytwarzania napędu mikroprzemieszczenia o małym przemieszczeniu, niewielkiej wadze i dużym skoku oraz mikro-małego odbiornika ultradźwiękowego o niższej częstotliwości rezonansowej. Wpływ parametrów materiałowych i konstrukcyjnych ultradźwiękowy przetwornik odległości w zakresie drgań promieniowych i wzdłużnych jest warunkiem wstępnym zaprojektowania i wyprodukowania przetwornika.

Tryb drgań promieniowych przetwornika

Tryb wibracji promieniowych ultradźwiękowy czujnik pomiaru zasięgu jest ściśle powiązany z przyłożonym polem elektrycznym wzbudzenia, poniżej podano parametry materiałowe i strukturalne wibratora piezoelektrycznego pomiędzy nimi. Wibrator piezoelektryczny jest spolaryzowany wzdłuż kierunku osi Z (tj. kierunku osiowego), jego promień wynosi Ro, a jego grubość wynosi ho; dno rajdu ma kształt pierścienia, jego średnica zewnętrzna wynosi Ro, a średnica wewnętrzna wynosi R, zakładając, że do dwóch kołowych płaszczyzn wibratora przyłożone jest zmienne pole piezoelektryczne, a wektor naprężenia T i wektor natężenia pola elektrycznego E są zmiennymi niezależnymi, a wektor odkształcenia S i wektor przemieszczenia elektrycznego D są zmiennymi zależnymi, wówczas współrzędne cylindryczne mają postać ((r, 8, z) Równanie piezoelektryczne można wyrazić, gdzie s jest zgodne ze sprężystością stała matryca materiału piezoelektrycznego w warunkach stałego pola elektrycznego, d oznacza stałą matrycę odkształcenia piezoelektrycznego, a T jest wolną matrycą stałej dielektrycznej materiału piezoelektrycznego. Krawędź jest połączona z wibratorem piezoelektrycznym, tworząc metalowy kompozyt piezoelektryczny. Jest to osiowa częstotliwość rezonansowa przetwornika.

Ponieważ wysokość H obudowy jest niewielka, to znaczy normalne drgania ultradźwiękowy czujnik pomiaru odległości można badać w przybliżeniu zgodnie z symetrycznymi wibracjami okrągłej cienkiej płyty umieszczonej na obwodzie. Wiadomo, że okrągła cienka płyta ma promień R i jest symetryczna względem osi Z, a obciążenie przyłożone do jej granicy jest również symetryczne względem osi Z, więc sprężyście zakrzywiona powierzchnia cienkiej płyty musi być symetryczna względem osi Z. Dlatego analiza drgań swobodnych cienkiej płyty w biegunowym układzie współrzędnych może uprościć ten problem. Niech ugięcie okrągłej cienkiej płyty w dowolnym momencie t podczas procesu wibracji będzie możliwe do wyrażenia równaniem różniczkowym drgań swobodnych opisującym obwodowy typ kanapki.

Przetwornik ultradźwiękowy dalekiego zasięgu

Przetwornik ultradźwiękowy o właściwościach fizycznych