Wydajność rezonansowa cylindrycznego przetwornika piezoelektrycznego(2)

Konstrukcja tego cylindrycznego przetwornika polega na realizacji konwersji elektroakustycznej poprzez wykorzystanie wibracji grubości elementu z materiału kompozytowego 1-3-2 w celu uzyskania jednolitej kierunkowości w kierunku poziomym. Częstotliwość projektowa przetwornika wynosi 74 kHz. W celu analizy i przewidywania częstotliwości rezonansowej przetwornika piezoelektrycznego do symulacji przetwornika wykorzystuje się oprogramowanie do analizy elementów skończonych. Jedna ósma cylindrycznego układu  Wybiera się materiał piezoceramiczny PZT , czyli modeluje się jeden kawałek paska materiału kompozytowego 1-3-2 i podkład. Rozmiar materiału kompozytowego jest dokładnie taki sam jak rzeczywisty rozmiar próbki. Zewnętrzna średnica podkładki wynosi 60 mm, grubość ścianki rury wynosi 5 mm, a wysokość 15 mm. Na rysunku przedstawiono tryb drgań grubości jednego elementu przetwornika, a jego częstotliwość rezonansowa wynosi 73,9 kHz.

Wydajność rezonansową dwóch przetworników w zbiorniku tłumika zmierzono eksperymentalnie, a krzywe impedancji obu przetworników były prawie takie same, dzięki czemu proces produkcyjny był wykonalny, a próbki miały dobrą konsystencję. Przedstawiono krzywą dopływu wody jednego z cylindrycznych przetworników piezoelektrycznych zmierzoną precyzyjnym analizatorem impedancji. Częstotliwość rezonansowa wynosi 72 kHz. Porównanie obu wykresów pokazuje, że wyniki pomiarów w wodzie są bardzo zbliżone do wyników symulacji. Pokazuje to, że częstotliwość drgań próbki cylindrycznego przetwornika zasadniczo spełnia wymagania projektowe.

 pomiar wydajności przetwornika

Do pomiaru wydajności dwóch kompozytowych, cylindrycznych przetworników akustycznych wody, takich jak odpowiedź na napięcie transmisyjne, czułość na napięcie odbioru i kierunkowość, wykorzystano system automatycznej kalibracji akustycznej. Częstotliwość pomiaru wynosiła od 20 do 100 kHz. Eksperyment przeprowadzono w basenie wyciszającym Centrum Pomiarów Akustycznych Fabryki Radia Great Wall. Wydajność obu przetworników jest podobna, a odchyłki względne mieszczą się w granicach 5%. Występ jednego z listwę piezoelektryczną z materiału PZT41 . Do analizy wybrano Odpowiedź napięcia transmisji zmienia się w zależności od częstotliwości. Maksymalna wartość wynosi 139 dB, a szerokość pasma 3 dB wynosi 7 kHz. Czułość odbiorcza przetwornika mierzona jest w zakresie częstotliwości od 20 do 60 kHz, a czułość odbiorcza napięciowa wynosi -212. (Grunt pofałdowany 4dB). Wyniki pomiarów kierunkowości przetwornika pokazują, że przetwornik zasadniczo ma kierunkowość poziomą 360°, ale wahania są duże, co wynika głównie ze zbyt dużego odstępu pomiędzy elementami układu przetwornika. Obszar promieniowania elementu piezoelektrycznego jest niewielki. Z wykresu kierunkowości pionowej wynika, że ​​szerokość wiązki 3dB w kierunku pionowym przetwornika wynosi 12°.

W piezoelektrycznym kompozytowym przetworniku cylindrycznym element kompozytowy ma grubość 10 mm, a gdy średnica cylindra piezoelektrycznego wynosi 70 mm, częstotliwość rezonansowa wynosi około 72 kHz. Jeśli grubość kompozytowego elementu piezoelektrycznego zostanie zmniejszona, a średnica cylindra zostanie zmniejszona, częstotliwość rezonansowa Materiał przetwornika z dyskiem piezoelektrycznym można dodatkowo zwiększyć, tak że gdy średnica przetwornika jest większa, można uzyskać wyższą częstotliwość rezonansową, poprawiając w ten sposób czystą piezoelektryczność. Gdy piezoceramiczny przetwornik cylindryczny ma wyższą częstotliwość rezonansową, jego objętość jest mniejsza i jest trudny w obróbce. Jednocześnie kompozytowy przetwornik cylindryczny 1-3-2 ma większą poprawę szerokości pasma niż piezoelektryczny ceramiczny przetwornik cylindryczny o tej samej częstotliwości, a odpowiedź napięciowa emisji jest porównywalna z charakterystyką piezoceramiki.

Ponieważ konstrukcja przetwornika piezoelektrycznego różni się nieco od konstrukcji po wyprodukowaniu, a proces produkcyjny wymaga ulepszenia, wydajność przetwornika jest nieco niższa od oczekiwanego wyniku obliczeń. Ponadto obszar promieniowania elementów układu przetworników jest mały, a energia drgań każdego elementu układu jest rozprowadzana po obwodzie, co skutkuje niższą czułością odbioru. Jednakże, zwiększając powierzchnię promieniującą elementu układu, zmniejszając grubość elementu układu i zmniejszając odstępy pomiędzy elementami układu, można poprawić czułość odbioru przetwornika, a także poprawić równomierność poziomej orientacji przetwornika.