Резонансна характеристика циліндричного п'єзоелектричного перетворювача (2)

Конструкція цього циліндричного перетворювача полягає в реалізації електроакустичного перетворення за допомогою вібрації товщини елемента з композитного матеріалу 1-3-2 для отримання рівномірної спрямованості в горизонтальному напрямку. Розрахункова частота перетворювача становить 74 кГц. Щоб проаналізувати та передбачити резонансну частоту п’єзоелектричного перетворювача, для моделювання перетворювача використовується програмне забезпечення аналізу кінцевих елементів. Одна восьма циліндричного масиву  Вибирається п’єзокераміка матеріалу PZT , тобто моделюється один шматок смужки та підкладки з композитного матеріалу 1-3-2. Розмір композитного матеріалу точно відповідає фактичному розміру зразка. Зовнішній діаметр підкладки 60 мм, товщина стінки труби 5 мм, висота 15 мм. На малюнку показано товщинний режим коливання одного елемента перетворювача, його резонансна частота становить 73,9 кГц.

Резонансна характеристика двох перетворювачів у басейні глушника була виміряна експериментально, і криві пропускної здатності двох перетворювачів були майже однаковими, так що виробничий процес був здійсненним, а зразки мали хорошу послідовність. Представлено криву пропускної здатності води одного з циліндричних п’єзоелектричних перетворювачів, виміряну за допомогою прецизійного аналізатора імпедансу. Резонансна частота 72 кГц. Порівняння між двома малюнками показує, що результати вимірювань у воді дуже близькі до результатів моделювання. Це показує, що частота коливань зразка циліндричного перетворювача в основному відповідає проектним вимогам.

 вимірювання продуктивності перетворювача

Система автоматичного акустичного калібрування була використана для вимірювання характеристик двох композитних циліндричних водяних акустичних перетворювачів, таких як відгук напруги передачі, чутливість напруги прийому та спрямованість. Частота вимірювання становила від 20 до 100 кГц. Експеримент проводився в басейні глушника Центру акустичних вимірювань радіозаводу Great Wall. Характеристики двох перетворювачів подібні, а відносні відхилення знаходяться в межах 5%. Виступ одного з п’єзоелектричну стрічку з матеріалу PZT41 . Для аналізу обрано Характеристика напруги передачі змінюється залежно від частоти. Максимальне значення становить 139 дБ, а смуга пропускання 3 дБ становить 7 кГц. Чутливість прийому перетворювача вимірюється в діапазоні частот від 20 до 60 кГц, а його чутливість до напруги прийому становить -212. (Хвилястий грунт 4дБ). Результати вимірювання спрямованості перетворювача показують, що перетворювач в основному має горизонтальну спрямованість 360, але коливання є великими, головним чином тому, що інтервал між елементами масиву перетворювача занадто великий. Площа випромінювання п'єзоелемента мала. Діаграма вертикальної спрямованості показує, що ширина променя 3 дБ у вертикальному напрямку перетворювача становить 12 °.

У п'єзоелектричному композитному циліндричному перетворювачі композитний елемент має товщину 10 мм, а коли діаметр п'єзоциліндра становить 70 мм, резонансна частота становить близько 72 кГц. Якщо зменшити товщину композитного п’єзоелемента та зменшити діаметр циліндра, резонансна частота Матеріал п’єзодискового перетворювача може бути додатково збільшений, так що коли діаметр перетворювача більший, можна отримати вищу резонансну частоту, тим самим покращуючи чисту п’єзоелектрику. Коли п’єзокерамічний циліндричний перетворювач має вищу резонансну частоту, його об’єм менший і його важко обробляти. У той же час композитний циліндричний перетворювач 1-3-2 має більше покращення смуги пропускання, ніж п’єзоелектричний керамічний циліндричний перетворювач тієї ж частоти, а характеристика напруги випромінювання порівнянна з характеристикою п’єзокерамічного.

Оскільки конструкція п’єзоелектричного перетворювача дещо відрізняється від структури після виготовлення, а виробничий процес потребує вдосконалення, продуктивність перетворювача дещо нижча за очікуваний результат розрахунку. Крім того, площа випромінювання елементів масиву перетворювача мала, і енергія вібрації кожного елемента масиву розподіляється по колу, що призводить до зниження чутливості прийому. Однак шляхом збільшення площі випромінювальної поверхні елемента решітки, зменшення товщини елемента решітки та зменшення відстані між елементами решітки можна покращити чутливість прийому перетворювача, а також можна покращити рівномірність горизонтальної орієнтації перетворювача.