Performanța rezonantă a traductorului piezoelectric cilindric(2)

Proiectarea acestui traductor cilindric este de a realiza conversia electro-acustică prin utilizarea vibrației de grosime a elementului de material compozit 1-3-2 pentru a obține o directivitate uniformă pe direcția orizontală. Frecvența de proiectare a traductorului este de 74 kHz. Pentru a analiza și prezice frecvența de rezonanță a traductorului piezoelectric, software-ul de analiză cu elemente finite este utilizat pentru a simula traductorul. O opteme din matricea cilindrica a  Este selectat materialul piezoceramic PZT , adică se modelează o bucată de bandă de material compozit 1-3-2 și suport. Dimensiunea materialului compozit este exact aceeași cu dimensiunea reală a probei. Diametrul exterior al suportului este de 60 mm, grosimea peretelui conductei este de 5 mm, iar înălțimea este de 15 mm. Figura arată modul de vibrație al grosimii unui element al traductorului, iar frecvența sa de rezonanță este de 73,9 kHz.

Performanța de rezonanță a celor două traductoare din grupul de eșapament a fost măsurată experimental, iar curbele de admitere ale celor două traductoare au fost aproape aceleași, astfel încât procesul de producție a fost fezabil și probele au avut o consistență bună. Este prezentată curba de admisință a apei a unuia dintre traductoarele piezoelectrice cilindrice măsurate cu un analizor de impedanță de precizie. Frecvența de rezonanță este de 72 kHz. Comparația dintre cele două cifre arată că rezultatele măsurătorilor în apă sunt foarte apropiate de rezultatele simulării. Aceasta arată că frecvența de vibrație a probei traductorului cilindric îndeplinește practic cerințele de proiectare.

 măsurarea performanței traductorului

Sistemul de calibrare acustică automată a fost utilizat pentru a măsura performanța a două traductoare acustice de apă cilindrice compozite, cum ar fi răspunsul la tensiunea de transmisie, sensibilitatea la tensiunea de recepție și directivitatea. Frecvența de măsurare a fost de la 20 la 100 kHz. Experimentul s-a desfășurat în bazinul de tăcere a Centrului de Măsurare Acustică al Uzinei Radio Marele Zid. Performanțele celor două traductoare sunt similare, iar abaterile relative sunt în limita a 5%. Performanța unuia dintre Banda piezoelectrică de material PZT41 este selectată pentru analiză. Răspunsul tensiunii de transmisie variază în funcție de frecvență. Valoarea maximă este de 139 dB, iar lățimea de bandă de 3 dB este de 7 kHz. Sensibilitatea de recepție a traductorului este măsurată într-un interval de frecvență de la 20 la 60 kHz, iar sensibilitatea la tensiunea de recepție este -212. (Pământ ondulat 4dB). Rezultatele măsurătorii de directivitate ale traductorului arată că traductorul are practic o directivitate de 360 ​​orizontală, dar fluctuația este mare, ceea ce se datorează în principal pentru că intervalul dintre elementele matricei traductorului este prea mare. Aria de radiație a elementului piezo este mică. Diagrama de directivitate verticală arată că lățimea fasciculului de 3 dB în direcția verticală a traductorului este de 12 °.

În traductorul cilindric compozit piezoelectric, elementul compozit are o grosime de 10 mm, iar când diametrul cilindrului piezoelectric este de 70 mm, frecvența de rezonanță este de aproximativ 72 KHz. Dacă grosimea elementului piezo compozit este redusă și diametrul cilindrului este redus, frecvența de rezonanță a Materialul traductorului cu disc piezo poate fi crescut și mai mult, astfel încât atunci când diametrul traductorului este mai mare, se poate obține o frecvență de rezonanță mai mare, îmbunătățind astfel piezoelectricitatea pură. Când traductorul cilindric piezo-ceramic are o frecvență de rezonanță mai mare, volumul său este mai mic și este dificil de prelucrat. În același timp, traductorul cilindric compozit 1-3-2 are o îmbunătățire a lățimii de bandă mai mare decât traductorul cilindric ceramic piezoelectric de aceeași frecvență, iar răspunsul la tensiunea de emisie este comparabil cu cel al ceramicii piezoelectrice.

Deoarece structura de proiectare a traductorului piezoelectric este ușor diferită de structura după fabricare, iar procesul de fabricație trebuie îmbunătățit, performanța traductorului este puțin mai mică decât rezultatul estimat al calculului. În plus, aria de radiație a elementelor matricei traductoare este mică, iar energia de vibrație a fiecărui element de matrice este distribuită de-a lungul circumferinței, rezultând o sensibilitate de recepție mai mică. Cu toate acestea, prin creșterea suprafeței de radiație a elementului de matrice, prin reducerea grosimii elementului din matrice și prin reducerea distanței dintre elementele matricei, sensibilitatea de recepție a traductorului poate fi îmbunătățită și uniformitatea orientării orizontale a traductorului poate fi, de asemenea, îmbunătățită.