Akustisk impedans för en piezoelektrisk vibratorgivare av skivtyp

Omvandlare av piezoelektrisk skivtyp diskuterar fördelarna och nackdelarna med olika former av ultraljudsgivare. Med tanke på prestanda, monteringsmått och fälttestning av ultraljudsavståndssensorer väljs piezoelektriska keramiska skivor radiellt/tjockleken på vibrationsläget är vibratorn för ultraljudsgivaren. Piezoelektriska skivvibratorer arbetar vid frekvenser från 20 kHz till 120 kHz. Det är känt från den akustiska teorin att den piezoelektriska vibratorn av skivtyp med stor diameter arbetar i lågfrekvensbandet och är utvecklad för att utveckla ett stort avstånd och stark riktning. För det första har designmetoden för skivans piezoelektriska transducer den akustiska impedansmatchningstekniken och den elektromekaniska impedansmatchningstekniken. Det teoretiska problemet med den radiella/tjockleksvibrerande vibrationen studeras. Därefter diskuteras designen och tillverkningen av den kombinerade givaren.

Schematiskt diagram av axiell förskjutningsfördelning av en piezoelektrisk vibrator av skivtyp är koncentrerad i mitten av skivans utstrålande yta, därför, för samma strukturella dimensioner, är riktningskarakteristiken för den piezoelektriska givaren av skivtyp (radial-/tjockleksvibrationsläge) överlägsen den för den piezoelektriska piezoelektriska omvandlaren av skivtyp (radial-/tjockleksvibrationsläge) överlägsen den för den piezoelektriska piezoelektriska riktningskaraktären i kolvriktningen (tjockleks-transducerzo-typ). läge). För att bestämma den strukturella storleken på den skivtypiska ultraljudssensorn för att mäta avstånd, kan vibrationsenergins relativa förskjutning R (radie) för den piezoelektriska vibratorn uppskattas genom att beräkna strålbreddsformeln (3.11b) för den piezoelektriska vibratorn av kolvtyp för att uppskatta den piezoelektriska vibratorn av skivtyp. Om man antar att den piezoelektriska skivvibratorn arbetar vid en frekvens av 25 kHz, är våglängden för ultraljudsvågen i luften cirka 13,6 mm. Om givarens strålbredd måste vara 3 dB, bör radien för den piezoelektriska vibratorn av skivtyp R vara minst lika med den piezoelektriska keramen, och en piezoelektrisk keramisk skiva som har en radie på R=0,045 m väljs faktiskt som givarens vibrator. Ju större radie skivan har, desto mer fördelaktigt är det att förbättra riktningsegenskaperna hos skivans piezoelektriska givare. PZT-5 keramiskt material används som givare.

Akustisk impedansmatchning är när missanpassningen av de akustiska impedansförhållandena för ultraljudsavståndssensorn inte bara minskar överföringskoefficienten för gränssnittet, utan också får den piezoelektriska vibratorn att resonera vid ett högt värde, det vill säga arbetsfrekvensbandet är smalt och vågformens resttid är lång, vilket allvarligt påverkar sonden. Sändnings-/mottagningskänslighet, axiell upplösning och kanalkapacitet är för att undvika detta fenomen, det är nödvändigt att använda antagonistisk teknik för matchning av akustisk impedans, och den utstrålande ytan på den piezoelektriska vibratorn har ett högt akustiskt impedansförhållande och kommer inte direkt i kontakt med det gasformiga mediet som har ett mycket lågt akustiskt impedansförhållande. 

I denna givare används tre olika matchande material för att gradvis övergå från den utstrålande ytan på den piezoelektriska vibratorn med hög akustisk impedans till luftmediet med låg akustisk impedans. Denna matchningsteknik är baserad på det medföljande vattenljudbytet. Energimatchningsmetod. I tabellen är de akustiska impedansförhållandena för underlaget, det piezoelektriska elementet, det skiktmatchande materialet och belastningen registrerade som ZB, Zo, Z, ZLo, eftersom luftens akustiska impedansförhållande ZL är 411 Pa·s/m, vilket är mycket mindre än den akustiska vibratorns impedans för den piezoelektriska. Därför bör en mängd olika matchande ultraljudsdjupsensorer användas för impedansanpassning, så att det akustiska impedansförhållandet övergår från en hög (piezoelektrisk skivutstrålande yta) till en låg 'smidig' övergång till en medelstor luftbelastning. Även med tanke på den akustiska dämpningen av det matchande skiktmaterialet. I nästan all teoretisk analys och ingenjörspraktik tas tjockleken på det matchande skiktet som (och är våglängden för den akustiska vågen av materialet i det matchande skiktet) och kallas 'kvartsvåglängdsmatchningsskiktet'. Med tanke på förändringen av omvandlarens frekvenskarakteristika efter att det matchande skiktet applicerats, bör tjockleken på det matchande skiktet också multipliceras med en tjocklekskoefficient, och värdet tas .