analiza teoretică a traductoarelor ultrasonice în modul de vibrație

Când factorii electromecanici axiali și radiali ai vibratorului piezoelectric de tip disc sunt relativ puternici, teoria unidimensională stabilită de modelul radial pur sau modelul de grosime pură nu este suficient de precisă. Între valoarea teoretică calculată și valoarea experimentală. Eroarea traductoarelor ultrasonice este mare. Prin urmare, este necesar să se înțeleagă circuitul echivalent al modului de vibrație de cuplare radială/grosime al vibratorului piezoelectric de tip disc și să se obțină modul de vibrație liberă izotropă al vibratorului piezoelectric de tip disc în anumite condiții aproximative. În comparație cu teoria unidimensională, teoria bidimensională reflectă mai precis diametrul procesului de vibrație al vibratorului piezoelectric de tip disc și circuitul echivalent al vibratorului piezoelectric atunci când este cuplaj gros. Pentru a analiza caracteristicile electromecanice ale vibratorului piezoelectric de tip disc, eu reprezint tensiunea de alimentare a excitației și respectiv curentul, iar F reprezintă deplasarea și respectiv presiunea totală pe suprafețele respective.

 Se știe că un vibrator piezoelectric este realizat dintr-un disc ceramic piezoelectric PZT și este polarizat de-a lungul axei z, iar un strat de argint este placat la ambele capete ale discului ca electrod și o tensiune de excitare este aplicată la ambele capete ale electrodului. Când dimensiunea de grosime a discului diferă foarte mult de dimensiunea radială, acesta poate fi tratat ca un mod de vibrație pur grosime sau un mod pur de vibrație radială; invers, trebuie luată în considerare problema de coordonare electromecanică dintre grosimea și direcția radială a discului ceramic piezoelectric. Din ecuația de mișcare, este ecuația piezoelectrică și ecuația de încărcare liberă, se poate deduce presiunea totală care acționează pe cele trei suprafețe ale discului.

Gama de frecvență de funcționare a traductorului cu ultrasunete de tip disc piezoelectric este între 2225 kHz. Când există o mișcare relativă între traductor și țintă care este măsurată, frecvența semnalului de ecou poate cădea în afara benzii de funcționare a traductorului din cauza efectului Doppler. Există două moduri de a rezolva această problemă: în primul rând, utilizarea a două sau mai multe traductoare cu frecvențe de rezonanță (centrale) diferite pentru a forma o matrice, adică suprapunerea benzilor de frecvență ale traductoarelor multiple înseamnă extinderea traductorului și lățimea de bandă a matricei; structura traductorului combinată este utilizată pentru a face frecvența de recepție a lățimii de bandă a traductorului în banda de transmisie a senzorului de măsurare a distanței cu ultrasunete.

 Prima este o structură cu matrice mare adesea folosită de sonarele subacvatice; cea din urmă este schema structurală propusă în această lucrare, care profită de dimensiunea redusă, costul redus și sensibilitatea ridicată a traductorului și distribuie traductorul ca receptor auxiliar la presiune. În jurul traductorului cu disc electric (de tip recepție și transmisie), se formează o rețea circulară de traductoare, care permite traductorului combinat să primească semnale de ecou în afara benzii traductorului cu disc piezoelectric. Ca senzor de distanță montat pe vehicul, este mai practic să poți detecta în mod fiabil un obiect în mișcare care se apropie cu o viteză mare decât să detectezi un obiect în mișcare care este departe. Din efectul Doppler se poate ști că atunci când unda ultrasonică acționează asupra unei ținte în mișcare de mare viteză care se apropie, frecvența semnalului de eco reflectat înapoi va fi deplasată în sus (mai mare decât frecvența semnalului transmis). În acest scop, frecvența de operare inferioară a rețelei inelare a senzorului de distanță ultrasonic trebuie să fie mai mare decât frecvența de operare superioară a traductorului primar.