теоретичний аналіз ультразвукових перетворювачів вібраційного режиму

Коли осьові та радіальні електромеханічні фактори дискового п’єзоелектричного вібратора є відносно сильними, одновимірна теорія, встановлена ​​чисто радіальною моделлю або моделлю чистої товщини, недостатньо точна. Між теоретичним розрахунковим значенням і експериментальним значенням. Похибка ультразвукових перетворювачів велика. Таким чином, необхідно зрозуміти еквівалентну схему режиму вібрації радіального/товщинного зв’язку п’єзоелектричного вібратора дискового типу та отримати ізотропний режим вільної вібрації п’єзоелектричного вібратора дискового типу за деяких наближених умов. У порівнянні з одновимірною теорією, двовимірна теорія точніше відображає діаметр вібраційного процесу дискового п’єзоелектричного вібратора та еквівалентну схему п’єзоелектричного вібратора, коли є товстим зв’язком. Щоб проаналізувати електромеханічні характеристики дискового п’єзоелектричного вібратора, I представляє напругу живлення збудження та струм відповідно, а F представляє переміщення та загальний тиск на відповідних поверхнях відповідно.

 Відомо, що п'єзоелектричний вібратор виготовлений з PZT-п'єзоелектричного керамічного диска і поляризований уздовж осі z, а шар срібла покритий на обох кінцях диска як електрод, і напруга збудження прикладена до обох кінців електрода. Коли розмір товщини диска сильно відрізняється від радіального розміру, його можна розглядати як режим вібрації чистої товщини або чисто радіальної моди вібрації; навпаки, слід розглянути проблему електромеханічної координації між товщиною та радіальним напрямком п’єзоелектричного керамічного диска. З рівняння руху, тобто рівняння п’єзоелектрики та рівняння вільного заряду, можна вивести загальний тиск, що діє на три поверхні диска.

Діапазон робочих частот ультразвукового перетворювача п’єзоелектричного дискового типу становить 2225 кГц. Коли між датчиком і об’єктом вимірювання є відносний рух, частота ехо-сигналу може вийти за межі робочого діапазону датчика через ефект Доплера. Існує два шляхи вирішення цієї проблеми: по-перше, використання двох або більше перетворювачів з різними резонансними (центральними) частотами для формування масиву, тобто накладання смуг частот кількох перетворювачів має на меті розширити перетворювач і смугу пропускання масиву; структура комбінованого перетворювача використовується для того, щоб зробити частоту прийому смуги пропускання перетворювача в діапазоні передачі ультразвукового датчика вимірювання відстані.

 Перший — це структура великого масиву, яка часто використовується підводним гідролокатором; остання є структурною схемою, запропонованою в цьому документі, яка використовує переваги малого розміру, низької вартості та високої чутливості перетворювача, і розподіляє перетворювач як допоміжний приймач тиску. Навколо електричного дискового перетворювача (типу прийому та передачі) формується кільцевий масив перетворювачів, що дозволяє комбінованому перетворювачу отримувати ехо-сигнали за межами діапазону п’єзоелектричного дискового перетворювача. Як датчик дальності, встановлений на транспортному засобі, більш практично мати можливість надійно виявляти рухомий об’єкт, який наближається з високою швидкістю, ніж виявляти рухомий об’єкт, який знаходиться далеко. З ефекту Доплера можна дізнатися, що коли ультразвукова хвиля діє на зустрічну високошвидкісну рухому ціль, частота відбитого назад сигналу луни буде зміщена вгору (вище, ніж частота переданого сигналу). З цією метою нижня робоча частота кільцевого масиву ультразвукового датчика відстані повинна бути вищою за верхню робочу частоту основного перетворювача.