Val av vibrationsläge för piezoelektrisk keramisk givare

 De piezoelektrisk keramik vibrerar under inverkan av ett yttre elektriskt växelfält för att excitera ultraljudsvågor. De vanliga vibrationssätten för piezoelektrisk keramik är sträckvibrationer, böjningsvibrationer och skjuvvibrationer. De vanligen använda teleskopiska vibrationslägena för piezoelektriska keramiska vibratorer är vidare uppdelade i ett längdvibrationsläge, ett radiellt vibrationsläge och ett tjockleksvibrationsläge. Vibrationsläget för skivtjockleken visas. Vibratorn är i form av en skiva, och polarisationsriktningen och det applicerade elektriska fältet är båda parallella med tjockleksriktningen, och vibratorn vibrerar i tjockleksriktningen. Grundresonansfrekvensen för detta vibrationsläge är omvänt proportionell mot tjockleken. Det tillämpliga frekvensområdet är 30 till 100 kHz, och den relativa bandbredden är inom 1 till 4 9/5.

Om två långsträckta Pzt keramiska halvklotskivor av samma tjocklek och polariserade är sammanbundna, böjvibrationer kan genereras när ett exciterande elektriskt fält appliceras för att göra att en av skivorna förlängs och den andra förkortas. De två keramiska arken som är sammanfogade är polariserade i motsatta riktningar och kopplade till strömförsörjningen i serie; Figur 3b visar parallellkopplingen av två keramiska skivor med samma polarisationsriktning. I två keramiska självhäftande ark exciterar det elektriska fältet bara en av dem för att generera böjningsvibrationer. På samma sätt, böja två piezoelektriska keramiska transduktorplåtar på en tunn metallplåt eller bindning av en keramisk plåt till en tunn metallplåt kan också ge böjvibrationer. Resonansfrekvensen för vibrationsmoden för tjockleksböjning är relaterad till förhållandet mellan längden z av arket och den totala tjockleken t av det adhesiva arket. Bland dem är IV en frekvenskonstant. Vibrationsläget för tjockleksböjning gäller för frekvenser från 500 Hz till 100 kHz. Storleken på sådana vibratorer är i allmänhet (bredden på den keramiska skivan) Z (6 ~ 10) med träning ≥ 3,5 t. Tjockleksskjuvningsvibrationsläget kännetecknas av elektrodytan parallell med polarisationsriktningen. I det växlande elektriska fältet genererar den piezoelektriska cylinderkomponentskivan skjuvvibrationer i tjockleksriktningen. Tjockleksskjuvningsläget är lättare att excitera och används huvudsakligen i högfrekvensområdet 10 till 60 kHz, vilket inte kommer att beskrivas i detalj här. I en ultraljudsavståndsmätare avger den piezoelektriska givaren ultraljudsvågor.

Det krävs att vibratorvibrationens amplitud är stor, så det är att föredra att använda böjvibrationsläget. Samtidigt, eftersom den akustiska impedansen hos piezokeramiska skålar är extremt låg, är det omöjligt för ett allmänt piezoelektriskt material att uppnå impedansmatchning med det, och därför måste det realiseras med hjälp av ett övergångsskikt. Det har visat sig att det piezoelektriska keramiska stycket är bundet till det tunna metallstycket, och den piezoelektriska keramen används som excitationskälla för att generera ett böjningsvibrationsläge, som har en stor amplitud och en liten akustisk impedans, och kan uppnå akustisk impedansmatchning med luft. I form av en keramisk plåt och en tunn metallplåtsbindningsstruktur kan den tunna metallplåten också tjäna som en skyddande film för att skydda den piezoelektriska keramen och elektroderna från slitage och skador. Materialet kan väljas från en högstabil nickel-krom-titanlegering. Eftersom ju tunnare metallstycket är, desto högre är ljudtryckets fram- och återgående transmittans, metallstycket är utformat för att vara tunt, vanligtvis cirka 0,1 mm.

 Vibratorns form och storlek

I en ultraljudsavståndsmätare krävs att det överförda ultraljudsfältet är solfjäderformat, och en rektangulär vibrator betraktas som en vågkälla. En rektangulär vågkälla med längd och bredd används för kolvvibrationer, och det längsgående vågljudfältet som utstrålas i gasmediet liknar skivkällan. Huvudstrålen på den piezoelektriska keramiska skivan är en fyrkantig pyramid, som är en perspektivvy av den riktade huvudloben för den rektangulära vågkällan.