Förberedelse av piezoelektrisk keramik / polymer komposit cylindrisk givare (1)

Givarmatrisen är nyckelkomponenterna i ekolodssystemet. Det är en enhet som realiserar den ömsesidiga omvandlingen av elektroakustisk energi. Prestanda för givaren och givaren beror huvudsakligen på prestanda, struktur och tillverkningsprocess för överföringsmaterialet. För närvarande använder de flesta akustiska undervattensgivare som använder blyzirkonattitanat piezoelektrisk keramik (PZT) som energiomvandlingsmaterial, vilket har fördelarna med hög elektromekanisk kopplingskoefficient, låg förlust, bekväm tillverkning och lågt pris. Men på grund av den höga karakteristiska impedansen hos piezoelektrisk keramik, när belastningen är vatten eller biologisk vävnad, är det inte lätt att matcha belastningen, reflektionsförlusten av piezokeramisk ring vid gränssnittet är stor och dess laterala koppling är stark. Därför är tjockleksvibrationsgivaren förberedd med sitt smala frekvensband, högt Q-värde, låg känslighet och andra brister. 1-3-typ piezoelektriska kompositmaterial har låg karakteristisk impedans, Q-värde, dielektricitetskonstant, lateral elektromekanisk kopplingskoefficient och hög tjocklek elektromekanisk kopplingskoefficient på grund av polymerfasen. Idealiskt material för den energisparande enheten. Prestandan hos kolvgivare gjorda av piezoelektriska kompositmaterial av samma storlek 1-3 och vanliga PZT-skivor mättes, och admittanskurvorna och transmissionen för de två givarna i luft och vatten erhölls. Det är spänningssvar, mottagningskänslighet och riktningsdiagram. Och genom jämförande analys dras slutsatsen att givaren av piezoelektriskt kompositmaterial av typ 1-3 har en avsevärt förbättrad överförings- och mottagningsprestanda jämfört med vanliga piezoelektriska PZT-givare. Den förbättrade 1-3 (1-3-2) piezoelektriska kompositen behåller de utmärkta elektroakustiska egenskaperna hos 1-3 PZT5 piezo keramisk komposit, och har bra temperatur- och tryckstabilitet, vilket är mycket lämpligt för att förbereda undervattens akustikgivare. Detta papper använder ett 1-2-3 piezoelektriskt kompositmaterial för att designa och tillverka en cylindrisk akustisk undervattensgivare, och mäter dess admittans, sändningsspänningssvar, mottagningskänslighet och riktverkan.

Struktur och beredning av piezoelektriska kompositer

Piezoelektriska kompositmaterial är gjorda av 1-3 piezoelektriska kompositmaterial och piezokeramiska substrat kopplade i serie längs den keramiska polarisationsriktningen. Denna struktur har ett styvt piezoelektriskt keramiskt stöd parallellt och vinkelrätt mot polarisationsriktningen, vilket är mer stabilt än kompositmaterial av typ 1-3. Det behåller inte bara alla fördelarna med 1-3 piezoelektriska kompositmaterial, utan är inte heller lätt att deformera vid högre temperaturer och har bättre värmebeständighet och motståndskraft mot yttre påverkan. Det piezoelektriska kompositmaterialet framställs genom en skär-fyllningsprocess. Den piezoelektriska keramen använder PZT-5A producerad av Institute of Acoustics vid den kinesiska vetenskapsakademin. Den har polariserats när den lämnar fabriken. En automatisk skärmaskin används för att skära ytan vinkelrätt mot piezokeramikens polarisationsaxel i två riktningar som är vinkelräta mot varandra, och bibehåller en viss tjocklek på substratet för att bilda ett keramiskt skelett. En polymer med en lämplig mängd härdare hälls i det keramiska ramverket (det vill säga epoxihartset WRS618 producerat av Wuxi Resin Factory), och sedan evakueras vakuumejektorbubblan och härdas vid rumstemperatur för att göra ett kompositmaterial, som mals eller skärs för att forma ämnet. Ett kompositmaterialprov bildades och slutligen täcktes provets yta med en elektrod genom att använda en magnetronförstoftningsapparat med högt vakuum. Med användning av ovanstående process framställdes två stycken 1-3-2 piezoelektrisk keramik/polymerkompositskiva på 40 mm * 40 mm * 10 mm. Bredden på de keramiska pelarna och bredden på epoxihartset mellan pelarna är 0,9 respektive 0,45 mm, och tjockleken på piezoelektrisk cylindergivare
 är 1 mm. Längs kompositmaterialets tjockleksriktning skars två bitar av kompositmaterial till 24 kompositmaterialskivor med en längd av 10 mm, en bredd av 6,5 och en tjocklek av 10 mm. Resonansprestandan för varje piezoelektrisk skiva mättes, och 18 av dem valdes ut för att göra två ersättningsskivor. Prestandamätningsresultaten för varje element i omvandlarna, prestandakonsistensen för varje piezoelement är bra och dess resonansfrekvens är nästan densamma. Figuren visar admittansmätningskurvan för ett av arrayelementen, där arrayelementen alla liknar den. 

Struktur och tillverkningsprocess för piezoelektrisk cylindrisk givare

3.1 Givarstruktur

Ett flertal 1-3-2 piezoelektriska kompositmaterial är likformigt anordnade längs omkretsen för att bilda en cirkulär grupp för att producera en cylindrisk givare. Transduktorns struktur visas på bilden. För närvarande finns ingen givare med denna struktur. Det finns relaterade forskningsrapporter.

Den sammansatta cylindriska piezoelektriska givaren består av ett kompositelement, en kopparbaksida, en konsol och en täckplatta. Arton komposit-PZT-materialelement är jämnt anordnade i spåren på den ringformade kopparunderlaget längs omkretsen, och bottenytan av kompositmaterialelementen är fäst vid kopparunderlaget med ett ledande lim. På detta sätt kan kopparunderlaget inte bara lokalisera arrayelementen, utan också förbättra vibrationsförskjutningen. På grund av användningen av ledande limbindning, är den nedre elektroden på kompositelementet ansluten till underlaget, vilket förenklar elektrodledningsprocessen. På så sätt kan den nedre elektrodledningen (signalledningen) ledas ut från kopparrörets inre sidovägg och anslutas till samma signalkabel som axelkabeln. Sedan klämmer och fixerar konsolen respektive ändskyddet kopparunderlaget från två håll. Baksidan, fästet och ändskyddet är isolerade med en styv skumbricka, och sedan ansluts de yttre elektroderna av kompositmaterialets piezoelement till koaxialkabelns skärmade ledning och förseglas med en vattentät skarv eller vattentätt lim. Slutligen placeras enheten i en form och en polyuretan med en tjocklek på cirka 2 mm hälls för att bilda ett vattentätt, ljudgenomsläppligt och tätande skikt. Genom att använda ovanstående process tillverkades två identiska cylindriska omvandlare experimentellt och de totala dimensionerna för de cylindriska omvandlarna efter montering var 70 mm x 15 mm.