Análise teórica dos transdutores ultra-sônicos do modo de vibração

Quando os fatores eletromecânicos axiais e radiais do vibrador piezoelétrico tipo disco são relativamente fortes, a teoria unidimensional estabelecida pelo modelo radial puro ou o modelo de espessura pura não é suficiente. Entre o valor calculado teórico e o valor experimental. O erro de transdutores ultra-sônicos é grande. Portanto, é necessário entender o circuito equivalente do modo de vibração do acoplamento radial / espessamento do vibrador piezoeléctrico tipo disco e derivar o modo de vibração livre isotrópico do vibrador piezoelétrico tipo disco sob algumas condições aproximadas. Em comparação com a teoria unidimensional, a teoria bidimensional reflete com mais precisão o diâmetro do processo de vibração do vibrador piezoelétrico tipo disco e o circuito equivalente do vibrador piezoelétrico quando é o acoplamento espesso. Para analisar as características eletromecânicas do vibrador piezoelétrico do tipo disco, eu represento a tensão de alimentação e corrente de excitação, respectivamente, e F representa o deslocamento e a pressão total sobre as respectivas superfícies, respectivamente.

Sabe-se que um vibrador piezoelétrico é feito de um disco cerâmico piezoelétrico PZT e é polarizado ao longo do eixo Z e uma camada de prata é banhada em ambas as extremidades do disco como eletrodo, e uma tensão de excitação é aplicada a ambas as extremidades do eletrodo. Quando a dimensão da espessura do disco difere muito da dimensão radial, ela pode ser tratada como um modo de vibração de espessura pura ou um modo de vibração radial puro; Por outro lado, o problema de coordenação eletromecânica entre a espessura e a direção radial do disco cerâmico piezoelétrico devem ser considerados. Da equação de movimento, é a equação piezoelétrica e a equação de carga livre, a pressão total que atua nas três superfícies do disco pode ser derivada.

A faixa de freqüência de operação do transdutor ultra-sônico do tipo de disco piezoelétrico é entre 2225 kHz. Quando há movimento relativo entre o transdutor e o alvo está sendo medido, a frequência do sinal de eco pode cair fora da faixa de operação do transdutor devido ao efeito Doppler. Existem duas maneiras de resolver este problema: primeiro, usando dois ou mais transdutores com diferentes freqüências ressonantes (centrais) para formar uma matriz, ou seja, bandas de freqüência sobreposta de vários transdutores é expandir o transdutor e a largura de banda da matriz; A estrutura de transdutor combinada é usada para tornar a frequência de recepção da largura de banda do transdutor na faixa de transmissão do sensor de medição de distância ultra-sônica.

O primeiro é uma grande estrutura de matriz frequentemente usada por sonar subaquático; Este último é o esquema estrutural proposto neste artigo, o que aproveita o pequeno tamanho, baixo custo e alta sensibilidade do transdutor e distribui o transdutor como um receptor auxiliar à pressão. Ao redor do transdutor de disco elétrico (recebimento e tipo de transmissão), é formada uma matriz circular de transdutores, que permite que o transdutor combinado receba sinais de eco fora da banda do transdutor de disco piezoelétrico. Como um sensor de variação montado em veículos, é mais prático ser capaz de detectar de forma confiável um objeto em movimento que está se aproximando em alta velocidade do que detectar um objeto em movimento que está longe. Pode ser conhecido do efeito Doppler que quando a onda ultrassônica age em um alvo movente de alta velocidade que se aproximava, a frequência do sinal de eco refletiu de volta será deslocada para cima (maior que a frequência do sinal transmitido). Para este fim, a menor frequência operacional da matriz anular do sensor de distância ultra-sônica deve ser maior que a frequência operacional superior do transdutor primário.