Impedanța acustică a unui traductor vibrator piezoelectric tip disc

Traductoarele de tip disc piezoelectric discută avantajele și dezavantajele diferitelor forme de traductoare ultrasonice. Având în vedere performanța, dimensiunile de montare și testarea pe teren a senzorilor cu ultrasunete, discurile ceramice piezoelectrice sunt selectate radial/ grosimea modului de vibrație este vibratorul traductorului ultrasonic. Vibratoarele piezoelectrice cu disc funcționează la frecvențe cuprinse între 20 kHz și 120 kHz. Din teoria acustică se știe că vibratorul piezoelectric de tip disc cu diametru mare funcționează în banda de frecvență joasă este dezvoltat pentru a dezvolta o distanță mare și o directivitate puternică. În primul rând, metoda de proiectare a transducerii piezoelectrice de disc are tehnologia de potrivire a impedanței acustice și de potrivire a impedanței electromecanice. Se studiază problema teoretică a vibrației radiale/vibrante de grosime. Apoi, se discută proiectarea și fabricarea traductorului combinat.

Schema de distribuție a deplasării axiale a unui vibrator piezoelectric de tip disc este concentrată în centrul suprafeței radiante a discului, prin urmare, pentru aceleași dimensiuni structurale, caracteristica direcțională a traductorului piezoelectric de tip disc (modul de vibrare radial/grosime) este superioară celei a traductorului piezoelectric de tip piston (modurile de vibrație pur direcțională de grosime). Pentru a determina dimensiunea structurală a senzorului ultrasonic de tip disc pentru a măsura distanța, deplasarea relativă a energiei de vibrație R (raza) a vibratorului piezoelectric poate fi estimată prin calcularea formulei de lățime a fasciculului (3.11b) a vibratorului piezoelectric de tip piston pentru a estima vibratorul piezoelectric de tip disc. Presupunând că vibratorul piezoelectric cu disc funcționează la o frecvență de 25 kHz, lungimea de undă a undei ultrasonice în aer este de aproximativ 13,6 mm. Dacă lățimea fasciculului traductorului trebuie să fie de 3 dB, raza vibratorului piezoelectric de tip disc este R ar trebui să fie cel puțin egală cu ceramica piezoelectrică, iar un disc ceramic piezoelectric are o rază de R=0,045 m este de fapt selectat ca vibrator traductor. Cu cât raza discului este mai mare, cu atât este mai avantajoasă îmbunătățirea caracteristicilor direcționale ale traductorului piezoelectric pe disc. Materialul ceramic PZT-5 este utilizat ca traductor.

Potrivirea impedanței acustice este atunci când nepotrivirea rapoartelor de impedanță acustică ale senzorului de distanță ultrasonic nu numai că reduce coeficientul de transmisie al interfeței, dar face și vibratorul piezoelectric să rezoneze la o valoare ridicată, adică banda de frecvență de lucru este îngustă și timpul rezidual al formei de undă este lung, afectând astfel grav sonda. Sensibilitatea de transmisie/recepție, rezoluția axială și capacitatea canalului sunt pentru a evita acest fenomen, este necesar să se folosească tehnica antagonistă de potrivire a impedanței acustice, iar suprafața radiantă a vibratorului piezoelectric are un raport de impedanță acustică ridicată nu contactează direct mediul gazos care are un raport de impedanță acustică foarte scăzut. 

În acest traductor, trei materiale diferite de potrivire sunt utilizate pentru a trece treptat de la suprafața radiantă a vibratorului piezoelectric cu impedanță acustică mare la mediul de aer cu impedanță acustică scăzută. Această tehnică de potrivire se bazează pe schimbul de sunet al apei furnizat. Metoda de potrivire a energiei. În tabel, rapoartele de impedanță acustică ale suportului, elementului piezoelectric, materialul de potrivire al stratului și respectiv sarcina sunt înregistrate ca ZB, Zo, Z, ZLo deoarece raportul de impedanță acustică ZL a aerului este de 411 Pa·s/m, care este mult mai mic decât impedanța acustică a vibratorului piezoelectric este Zo. Prin urmare, o varietate de senzori de adâncime cu ultrasunete potriviți ar trebui să fie utilizate pentru potrivirea impedanței, astfel încât raportul de impedanță acustică să treacă de la o suprafață ridicată (suprafață radiantă a discului piezoelectric) la o tranziție joasă „netedă” la o sarcină medie de aer. Luând în considerare și atenuarea acustică a materialului stratului potrivit. În aproape toate analizele teoretice și practicile de inginerie, grosimea stratului de potrivire este luată ca (și este lungimea de undă a undei acustice a materialului stratului de potrivire) și este numită „stratul de potrivire cu un sfert de lungime de undă”. Având în vedere modificarea caracteristicilor de frecvență ale traductorului după aplicarea stratului de potrivire, grosimea stratului de potrivire ar trebui, de asemenea, înmulțită cu un coeficient de grosime și se ia valoarea .