Вибір режиму коливань п'єзоелектричного керамічного перетворювача

 The П'єзоелектрична кераміка вібрує під дією зовнішнього змінного електричного поля для збудження ультразвукових хвиль. Загальні режими вібрації п'єзоелектричної кераміки - вібрація розтягування, вібрація згину та вібрація зсуву. Зазвичай використовувані режими телескопічної вібрації п’єзоелектричних керамічних вібраторів далі поділяються на режим вібрації по довжині, режим вібрації по радіусу та режим вібрації по товщині. Показано режим вібрації товщини диска. Вібратор має форму диска, і напрям поляризації, і прикладене електричне поле паралельні напрямку товщини, і вібратор вібрує в напрямку товщини. Основна резонансна частота цієї моди коливань обернено пропорційна товщині. Застосовуваний діапазон частот становить від 30 до 100 кГц, а відносна смуга пропускання знаходиться в межах від 1 до 4 9/5.

Якщо два подовжених Пластини керамічної напівсфери Pzt однакової товщини та поляризовані склеєні разом, коливання збудливого електричного поля може виникати, коли один із листів подовжується, а другий — скорочується. Два склеєних керамічних листа поляризовані в протилежних напрямках і підключені до джерела живлення послідовно; На малюнку 3b показано паралельне з'єднання двох керамічних листів з однаковим напрямком поляризації. У двох керамічних клейових листах електричне поле збуджує лише один із них, створюючи вібрацію згинання. Аналогічно згинаючи дві П'єзоелектричні керамічні пластини перетворювача на тонкому металевому аркуші або склеювання керамічного листа з тонким металевим листом також можуть спричинити вібрацію згину. Резонансна частота режиму вібрації при вигині товщини пов’язана із співвідношенням між довжиною z листа та загальною товщиною t клейкого листа. Серед них IV є постійною частотою. Режим вібрації при вигині товщини поширюється на частоти від 500 Гц до 100 кГц. Розмір таких вібраторів, як правило, становить (ширина керамічного листа) Z (6 ~ 10) при навчанні ≥ 3,5 т. Режим вібрації зсуву товщини характеризується поверхнею електрода, паралельною напрямку поляризації. У змінному електричному полі лист компонента п’єзоелектричного циліндра створює вібрацію зсуву в напрямку товщини. Режим зсуву по товщині легше збудити, і він в основному використовується в діапазоні високих частот від 10 до 60 кГц, який тут докладно не описуватиметься. В ультразвуковому далекомірі п'єзоелектричний перетворювач випромінює ультразвукові хвилі.

Необхідно, щоб амплітуда вібрації вібратора була великою, тому краще використовувати режим згинальної вібрації. У той же час, оскільки акустичний опір п'єзокерамічних чаш є надзвичайно низьким, для звичайного п'єзоелектричного матеріалу неможливо досягти узгодження імпедансу з ним, і тому це повинно бути реалізовано за допомогою перехідного шару. Виявлено, що п’єзоелектрична керамічна деталь прикріплена до тонкої металевої деталі, а п’єзоелектрична кераміка використовується як джерело збудження для генерації режиму згинальної вібрації, який має велику амплітуду та малий акустичний опір, і може досягти узгодження акустичного опору з повітрям. У формі керамічного листа та тонкого металевого листа зв’язувальна структура, тонкий металевий лист також може служити захисною плівкою для захисту п’єзоелектричної кераміки та електродів від зносу та пошкодження. Матеріал може бути обраний з високостабільного нікель-хром-титанового сплаву. Оскільки чим тонший металевий шматок, тим вищий коефіцієнт зворотно-поступального проходження звукового тиску, металевий шматок має бути тонким, зазвичай приблизно 0,1 мм.

 Форма і розмір вібратора

В ультразвуковому далекомірі передане ультразвукове поле має бути віялоподібним, а джерелом хвилі вважається прямокутний вібратор. Для вібрації поршня використовується джерело прямокутної хвилі довжини і ширини, а звукове поле поздовжньої хвилі, що випромінюється в газовому середовищі, аналогічно дисковому джерелу. Головний промінь п'єзоелектричного керамічного диска являє собою чотирикутну піраміду, яка є перспективним видом спрямованого головного пелюстка джерела прямокутної хвилі.