Акустичний імпеданс п'єзоелектричного вібратора дискового типу

П’єзоелектричні дискові перетворювачі обговорюють переваги та недоліки різних форм ультразвукових перетворювачів. Враховуючи продуктивність, монтажні розміри та польові випробування ультразвукових датчиків дальності, п’єзоелектричні керамічні диски вибираються радіально/ товщиною режиму вібрації є вібратор ультразвукового перетворювача. Дискові п'єзоелектричні вібратори працюють на частотах від 20 кГц до 120 кГц. З акустичної теорії відомо, що дисковий п’єзоелектричний вібратор великого діаметру, який працює в діапазоні низьких частот, розроблений для розвитку великої відстані та сильної спрямованості. По-перше, метод проектування дискового п’єзоелектричного перетворювача має технологію узгодження акустичного імпедансу та електромеханічного імпедансу. Досліджено теоретичну проблему радіально-товщинних вібраційних коливань. Потім обговорюється конструкція та виготовлення комбінованого перетворювача.

Схематична діаграма розподілу осьових переміщень дискового п’єзоелектричного вібратора зосереджена в центрі випромінювальної поверхні диска, отже, за однакових структурних розмірів характеристика спрямованості дискового п’єзоелектричного перетворювача (радіальний/товщинний вібраційний режим) є кращою, ніж у поршневого п’єзоелектричного перетворювача (чиста характеристика спрямованості товщини). режим вібрації). Щоб визначити структурний розмір ультразвукового датчика дискового типу для вимірювання відстані, відносне зміщення енергії вібрації R (радіус) п’єзоелектричного вібратора можна оцінити шляхом розрахунку формули ширини променя (3.11b) п’єзоелектричного вібратора поршневого типу для оцінки п’єзоелектричного вібратора дискового типу. Якщо припустити, що дисковий п'єзоелектричний вібратор працює на частоті 25 кГц, довжина хвилі ультразвукової хвилі в повітрі становить близько 13,6 мм. Якщо ширина променя перетворювача повинна становити 3 дБ, радіус дискового п’єзоелектричного вібратора R повинен бути принаймні рівним радіусу п’єзоелектричної кераміки, а п’єзоелектричний керамічний диск із радіусом R=0,045 м фактично вибирається як вібратор перетворювача. Чим більше радіус диска, тим вигідніше поліпшити характеристики спрямованості дискового п'єзоелектричного перетворювача. В якості перетворювача використовується керамічний матеріал PZT-5.

Узгодження акустичного імпедансу — це коли невідповідність співвідношень акустичного опору ультразвукового датчика відстані не тільки зменшує коефіцієнт передачі інтерфейсу, але й змушує п’єзоелектричний вібратор резонувати з високим значенням, тобто робоча смуга частот є вузькою, а залишковий час форми сигналу великий, що серйозно впливає на зонд. Чутливість передачі/приймання, осьова роздільна здатність і пропускна здатність каналу повинні уникнути цього явища, необхідно використовувати антагоністичну техніку узгодження акустичного опору, а випромінююча поверхня п’єзоелектричного вібратора, яка має високий коефіцієнт акустичного опору, не контактує безпосередньо з газоподібним середовищем, яке має дуже низький коефіцієнт акустичного опору. 

У цьому перетворювачі використовуються три різні узгоджувальні матеріали для поступового переходу від випромінюючої поверхні п’єзоелектричного вібратора з високим акустичним опором до повітряного середовища з низьким акустичним опором. Ця методика узгодження заснована на забезпеченому обміні звуками води. Метод енергетичного узгодження. У таблиці відношення акустичного опору підкладки, п’єзоелектричного елемента, матеріалу i-го шару та навантаження відповідно записані як ZB, Zo, Z, ZLo, оскільки коефіцієнт акустичного опору ZL повітря становить 411 Па·с/м, що набагато менше, ніж акустичний опір п’єзоелектричного вібратора Zo. Тому для узгодження імпедансу слід використовувати різноманітні узгоджувальні ультразвукові датчики глибини, щоб співвідношення акустичного опору переходило від високого (випромінювальна поверхня п’єзоелектричного диска) до низького 'плавного' переходу до повітряного середнього навантаження. Також враховується акустичне загасання матеріалу відповідного шару. Майже в усіх теоретичних аналізах та інженерній практиці товщина узгоджувального шару приймається як (і є довжиною хвилі акустичної хвилі матеріалу узгоджувального шару) і називається 'шаром узгодження чверті довжини хвилі'. Враховуючи зміну частотних характеристик перетворювача після нанесення узгоджувального шару, товщину узгоджувального шару слід також помножити на коефіцієнт товщини, і прийняти значення .