Impedancia acústica de un transductor de vibrador piezoeléctrico tipo disco

Tipo de disco piezoeléctrico de transductores Discutir las ventajas y desventajas de varias formas de transductor ultrasónico. Teniendo en cuenta el rendimiento, las dimensiones de montaje y las pruebas de campo de los sensores de rango ultrasónico, los discos cerámicos piezoeléctricos se seleccionan radial / espesor del modo de vibración es el vibrador del transductor ultrasónico. Los vibradores piezoeléctricos del disco operan a frecuencias que van desde 20 kHz a 120 kHz. Se conoce a partir de la teoría acústica de que el vibrador piezoeléctrico de tipo disco de gran diámetro está trabajando en la banda de baja frecuencia se desarrolla para desarrollar una gran distancia y una fuerte directividad. En primer lugar, el método de diseño del transduce piezoeléctrico de disco tiene la tecnología de coincidencia de impedancia electromecánica de impedancia acústica. Se estudia el problema teórico de la vibración vibrante radial / grosor. Luego, se discuten el diseño y la fabricación del transductor combinado.

El diagrama esquemático de la distribución de desplazamiento axial de un vibrador piezoeléctrico de tipo disco se concentra en el centro de la superficie de radiación del disco, por lo tanto, para las mismas dimensiones estructurales, la característica direccional del transductor piezoeléctrico de tipo disco (modo de vibración radial / grosor del grosor. ) es superior al del transductor piezoeléctrico de tipo pistón (características direccionales puras del modo de vibración del grosor). Para determinar el tamaño estructural del sensor ultrasónico de tipo disco para medir la distancia, el desplazamiento relativo de la energía de vibración R (radio) del vibrador piezoeléctrico se puede estimular al calcular la fórmula de ancho de haz (3.11b) del piezoeléctrico de tipo pistón. Vibrador para estimar el vibrador piezoeléctrico de tipo disco. Suponiendo que el vibrador piezoeléctrico de disco funciona a una frecuencia de 25 kHz, la longitud de onda de la onda ultrasónica en el aire es de aproximadamente 13.6 mm. Si se requiere que el ancho de la viga del transductor sea de 3 dB, el radio del vibrador piezoeléctrico del tipo de disco es R debe ser al menos igual a la cerámica piezoeléctrica, y un disco cerámico piezoeléctrico está teniendo un radio de R = 0.045 m en realidad seleccionado como el vibrador transductor. Cuanto más grande es el radio del disco, más ventajoso es mejorar las características direccionales del transductor piezoeléctrico del disco. El material cerámico PZT-5 se utiliza como transductor.

Acoustic adaptación de impedancia es cuando el desajuste de las relaciones de impedancia acústica del sensor de distancia ultrasónico no sólo reduce el coeficiente de transmisión de la interfaz, sino que también hace que la resonancia del vibrador piezoeléctrico en un valor alto, es decir, la banda de frecuencia de trabajo es estrecha y la forma de onda residual es mucho tiempo, lo que afecta gravemente a la sonda. Transmiting / sensibilidad de recepción, la resolución axial, y la capacidad de canal es de evitar este fenómeno, es necesario utilizar acústica de adaptación de impedancia técnica antagonista, y la superficie radiante del vibrador piezoeléctrico está teniendo una alta relación de impedancia acústica no contactar directamente con el medio gaseoso que tiene una relación muy baja impedancia acústica.

En este transductor, tres materiales a juego diferentes se utilizan para una transición gradual desde la superficie radiante del vibrador piezoeléctrico con una alta impedancia acústica al medio de aire con baja impedancia acústica. Esta técnica de coincidencia se basa en el intercambio de sonido agua proporcionada. método de correspondencia de energía. En la tabla, las relaciones de impedancia acústica del respaldo, el elemento piezoeléctrico, ITH material de capa de adaptación y la carga se registran respectivamente como ZB, Zo, Z, Zlo porque la relación de impedancia acústica ZL del aire es 411 Pa · s / m, que es mucho menor que la impedancia acústica del vibrador piezoeléctrico es Zo. Por lo tanto, una variedad de búsqueda de sensor de profundidad ultrasónica se debe utilizar para la adaptación de impedancia, de modo que la relación de impedancia acústica transiciones desde un alto (superficie radiante disco piezoeléctrico) a un mínimo de \"suave \" transición a una carga de medio de aire. Considerando también la atenuación acústica del material de la capa de adaptación. En casi toda la práctica análisis y la ingeniería teórica, el espesor de la capa de adaptación se toma como (y es la longitud de onda de la onda acústica del material de capa de adaptación) y se llama la \"capa de adaptación de un cuarto de longitud de onda \". Teniendo en cuenta el cambio de las características de frecuencia del transductor después de la capa de adaptación se aplica, el espesor de la capa de adaptación también se debe multiplicar por un coeficiente de espesor, y se toma el valor.