análisis teórico de transductores ultrasónicos modo de vibración

Cuando los factores electromecánicos axiales y radiales del vibrador piezoeléctrico de tipo disco son relativamente fuertes, la teoría unidimensional establecida por el modelo radial puro o el modelo de grosor puro no es lo suficientemente preciso. Entre el valor calculado teórico y el valor experimental. El error de los transductores ultrasónicos es grande. Por lo tanto, es necesario comprender el circuito equivalente del modo de vibración de acoplamiento radial / grosor del vibrador piezoeléctrico de tipo disco, y deriva el modo de vibración libre isotrópico del vibrador piezoeléctrico de tipo disco en algunas condiciones aproximadas. En comparación con la teoría unidimensional, la teoría bidimensional refleja con mayor precisión el diámetro del proceso de vibración del vibrador piezoeléctrico de tipo disco y el circuito equivalente del vibrador piezoeléctrico cuando es acoplamiento espeso. Para analizar las características electromecánicas del vibrador piezoeléctrico de tipo disco, represento el voltaje de suministro de excitación y la corriente, respectivamente, y F representa el desplazamiento y la presión total en las superficies respectivas, respectivamente.

Se sabe que un vibrador piezoeléctrico está hecho de un disco de cerámica PZT-piezoeléctrico y se polariza a lo largo del eje Z, y una capa de plata está plateada en ambos extremos del disco como electrodo, y se aplica un voltaje de excitación a ambos extremos del electrodo. Cuando la dimensión de espesor del disco difiere en gran medida de la dimensión radial, se puede tratar como un modo de vibración de grosor puro o un modo de vibración radial puro; A la inversa, se debe considerar el problema de la coordinación electromecánico entre el grosor y la dirección radial del disco cerámico piezoeléctrico. Desde la ecuación de movimiento, es la ecuación piezoeléctrica y la ecuación de carga gratuita, la presión total que actúa en las tres superficies del disco se puede derivar.

El rango de frecuencia de operación del transductor ultrasónico tipo piezoeléctrico es entre 2225 kHz. Cuando hay un movimiento relativo entre el transductor y se está midiendo el objetivo, la frecuencia de la señal de eco puede caer fuera de la banda operativa del transductor debido al efecto Doppler. Hay dos formas de resolver este problema: primero, utilizando dos o más transductores con diferentes frecuencias resonantes (central) para formar una matriz, es decir, las bandas de frecuencia de superposición de múltiples transductores es expandir el transductor y el ancho de banda de la matriz; La estructura de transductor combinada se usa para hacer la frecuencia de recepción del ancho de banda del transductor en la banda de transmisión del sensor de medición de distancia ultrasónica.

El primero es una gran estructura de matriz utilizada a menudo por el sonar submarino; Este último es el esquema estructural propuesto en este documento, que aprovecha el tamaño pequeño, el bajo costo y la alta sensibilidad del transductor, y distribuye el transductor como un receptor auxiliar a presión. Alrededor del transductor de disco eléctrico (Tipo de recepción y transmisión), se forma una matriz circular de transductores, que permite que el transductor combinado reciba señales de eco fuera de la banda del transductor de disco piezoeléctrico. Como un sensor de rango montado en vehículo, es más práctico poder detectar de manera confiable un objeto en movimiento que se está acercando a una velocidad alta que para detectar un objeto en movimiento que está lejos. Puede ser conocido por el efecto Doppler que cuando la onda ultrasónica actúa sobre un objetivo móvil de alta velocidad que se aproxima, la frecuencia de la señal de eco reflejada se transformará hacia arriba (más alta que la frecuencia de la señal transmitida). Para este fin, la frecuencia de operación más baja de la matriz anular del sensor de distancia ultrasónica debe ser mayor que la frecuencia de operación superior del transductor primario.