Zasada projektowania obwodu przetwornika ultradźwiękowego

Przetwornik ultradźwiękowy jest urządzeniem do konwersji energii niezbędnym do generowania fal ultradźwiękowych i przetwarza energię ultradźwiękowych oscylacji elektromagnetycznych na fale dźwiękowe. Jest to przetwornik ultradźwiękowy, zwany także przetwornikiem tubowym, który charakteryzuje się niewielką wagą, niewielkimi rozmiarami oraz dużą energią. Na rysunku 1 to metalowa osłona przednia, 2 to przewód elektrodowy, 3 to piezoelektryczna płytka ceramiczna, 4 to metalowa pokrywa tylna, a 5 to śruba do montażu wstępnego.

Piezoelektryczne arkusze ceramiczne każdego sąsiedniego arkusza są spolaryzowane w przeciwnych kierunkach, a liczba płytek jest parzysta, tak że przednia i tylna metalowa osłona są połączone z elektrodami o tej samej polaryzacji, w przeciwnym razie pomiędzy przednią i tylną płytką pokrywy a płytką umieszczona jest uszczelka izolacyjna. Pomiędzy dwiema płytkami cienki kawałek mosiądzu (o grubości mniejszej niż 0,1 mm) jest zwykle umieszczany pomiędzy płytką a metalową osłoną jako przewód elektrody lutowniczej; płytka, miedź elektrody, metalowy wspornik oraz metalowa przednia i tylna pokrywa są mocno używane. Klejone, wstępnie naprężone śruby można dokręcić przed lub po utwardzeniu żywicy epoksydowej. Ponieważ naprężenie ściskające ceramiki piezoelektrycznej jest znacznie większe niż naprężenie ściskające; warstwa cementowa jest również łatwo zniszczona na etapie rozciągania pod dużą amplitudą, dlatego śruba dopełniająca służy do dociskania płytki i części klejącej wibratora. Aby zapewnić bezpieczną pracę urządzenia. Należy odpowiednio kontrolować wielkość zastosowanego naprężenia wstępnego. W przyszłości kompaktowe dopasowanie będzie wymagało podkładki sprężystej w kształcie dysku oraz podkładki pomiędzy wstępnie naprężoną śrubą a pokrywą. Ponadto śruba naprężona ma niewielki wpływ na częstotliwość rezonansową, a wydajność konwersji elektroakustycznej nie ulega zmianie. Maksymalna moc przetwornik ultradźwiękowy , który można wchłonąć i zwielokrotnić, a główne funkcje przetwornika są następujące:

1, wibrator

The Piezoelektryczny materiał ceramiczny nazywany jest elementem konwersji elektroakustycznej. W przypadku oscylatora o połowie długości fali, gdy wibruje, amplituda obu końców jest największa, a w środku znajduje się sekcja o zerowej prędkości drgań, która staje się płaszczyzną węzłową, oraz położenie płaszczyzny węzłowej. Gęstość, połączenie akustyczne i rozmiar tylnej pokrywy i stosu płytek są różne. Płytę sekcji umieszcza się w miejscu sekcji, aby zamocować wibrator i uwzględnić konstrukcję przetwornika jako całość. Jeżeli napięcie ultradźwiękowe jest równe częstotliwości drgań własnych wibratora, przykładane jest do elektrody wibratora i wibrator wibruje proporcjonalnie do amplitudy napięcia, ruch wzdłużny dwóch metalowych płyt osłonowych jest wypychany w celu propagacji energii ultradźwiękowej.

2, przednia i tylna osłona prędkości

Metalowa pokrywa przednia jest wykonana z lekkiego metalu, takiego jak twarde aluminium lub stop magnezu, a tylna pokrywa jest wykonana ze stali lub mosiądzu ciężkiego, dzięki czemu przednia pokrywa wytwarza przemieszczenie znacznie większe niż tylna pokrywa. Zgodnie z zasadą zachowania pędu i zasadą działania przetwornika można zauważyć, że pęd po obu stronach płyty przekroju jest równy i ma przeciwny kierunek, a prędkość ruchu jest odwrotnie proporcjonalna do gęstości. Jako przednią pokrywę zastosowano aluminium, a jako tylną pokrywę stal, a współczynnik przemieszczenia wynosi około trzy do jednego. W tym przypadku przemieszczenie powierzchni metalu lekkiego jest duże i duża część energii drgań zmagazynowanej w wibratorze może zostać wypromieniowana. Przednia pokrywa z lekkiego metalu została zaprojektowana tak, aby była rozszerzana w celu dopasowania do twardego aluminium (ciężar właściwy 27) i wody (ciężar właściwy 1), aby ułatwić kierunkowe przenoszenie energii ultradźwiękowej.

Generator ultradźwiękowy jest elektronicznym oscylatorem o częstotliwości ultradźwiękowej. Kiedy częstotliwość ultradźwiękowa generowana przez oscylator zostanie przyłożona do Przetwornik pierścieni piezoelektrycznych przetwornika ultradźwiękowego, piezoelektryczny element ceramiczny generuje drgania wzdłużne pod wpływem pola elektrycznego. Kiedy element piezoelektryczny jest oscylowany ultradźwiękowo, wydaje się, że jest to mały tłok o małej amplitudzie około 1 ~ 10-20 μm, ale przyspieszenie tych wibracji jest bardzo duże, które wynosi 10 ~ 103 razy przyspieszenie grawitacyjne, więc energia oscylacji elektromagnetycznych jest przekształcana w energię wibracyjną, ta ogromna energia ultradźwiękowa przemieszcza się w określonym kierunku.

3, oscylator ultradźwiękowy (obwód napędowy)