Resonansprestanda för cylindrisk piezoelektrisk givare(2)

Konstruktionen av denna cylindriska givare är att realisera den elektroakustiska omvandlingen genom att använda tjockleksvibrationen av 1-3-2 kompositmaterialelementet för att erhålla den enhetliga riktningen i horisontell riktning. Givarens designfrekvens är 74kHz. För att analysera och förutsäga resonansfrekvensen för den piezoelektriska givaren, används den finita elementanalysmjukvaran för att simulera givaren. En åttondel av den cylindriska uppsättningen av  PZT-material piezokeramik väljs, det vill säga ett stycke 1-3-2 kompositmaterialremsa och baksida modelleras. Storleken på kompositmaterialet är exakt densamma som den faktiska storleken på provet. Ytterdiametern på stödet är 60 mm, tjockleken på rörväggen är 5 mm och höjden är 15 mm. Figuren visar tjocklekens vibrationsläge för ett element i givaren, och dess resonansfrekvens är 73,9 kHz.

Resonansprestandan för de två givarna i ljuddämparpoolen mättes experimentellt, och admittanskurvorna för de två givarna var nästan desamma, så att produktionsprocessen var genomförbar och proverna hade god konsistens. Vattenadmittanskurvan för en av de cylindriska piezoelektriska omvandlarna uppmätt med en precisionsimpedansanalysator presenteras. Resonansfrekvensen är 72 kHz. Jämförelsen mellan de två figurerna visar att mätresultaten i vatten ligger mycket nära simuleringsresultaten. Detta visar att vibrationsfrekvensen för det cylindriska transduktorprovet i princip uppfyller designkraven.

 prestandamätning av givare

Det automatiska akustiska kalibreringssystemet användes för att mäta prestandan hos två sammansatta cylindriska vattenakustiska omvandlare såsom sändningsspänningssvar, mottagningsspänningskänslighet och riktverkan. Mätfrekvensen var från 20 till 100 kHz. Experimentet utfördes i ljuddämpningspoolen i det akustiska mätcentret på Great Wall Radio Factory. Prestanda för de två givarna är likartade och de relativa avvikelserna ligger inom 5 %. Utförandet av en av PZT41material piezoelektrisk remsa väljs för analys. Överföringsspänningssvaret varierar med frekvensen. Maxvärdet är 139dB och 3dB-bandbredden är 7kHz. Givarens mottagningskänslighet mäts inom ett frekvensområde på 20 till 60 kHz, och dess mottagningsspänningskänslighet är -212. (Böljande jord 4dB). Riktningsmätningsresultaten för givaren visar att givaren i princip har en riktverkan på horisontell 360, men fluktuationen är stor, vilket främst beror på att intervallet mellan givarens arrayelement är för stort. Piezoelementets strålningsarea är liten. Det vertikala riktningsdiagrammet visar att strålbredden på 3dB i givarens vertikala riktning är 12°.

I den piezoelektriska sammansatta cylindriska givaren är kompositelementet 10 mm tjockt, och när diametern på piezocylindern är 70 mm är resonansfrekvensen cirka 72 KHz. Om tjockleken på det sammansatta piezoelementet minskas och cylinderns diameter minskas, kommer resonansfrekvensen för piezoskivomvandlarmaterial kan ökas ytterligare, så att när givarens diameter är större kan en högre resonansfrekvens erhållas, varigenom ren piezoelektricitet förbättras. När den piezokeramiska cylindriska givaren har en högre resonansfrekvens är dess volym mindre och den är svår att bearbeta. Samtidigt har den 1-3-2 sammansatta cylindriska givaren en större bandbreddsförbättring än den piezoelektriska keramiska cylindriska givaren med samma frekvens, och emissionsspänningsresponsen är jämförbar med den för piezokeram.

Eftersom designstrukturen för den piezoelektriska givaren skiljer sig något från strukturen efter tillverkningen och tillverkningsprocessen behöver förbättras, är givarens prestanda något lägre än det förväntade beräkningsresultatet. Dessutom är strålningsarean för givarmatriselementen liten, och vibrationsenergin för varje gruppelement fördelas längs omkretsen, vilket resulterar i lägre mottagningskänslighet. Genom att öka arean av den utstrålande ytan av arrayelementet, minska tjockleken på arrayelementet och minska avståndet mellan arrayelementen, kan emellertid givarens mottagningskänslighet förbättras och likformigheten i givarens horisontella orientering kan också förbättras.