Desempenho ressonante do transdutor piezoelétrico cilíndrico (2)

O design deste transdutor cilíndrico é realizar a conversão eletro-acústica usando a espessura vibração do elemento de material compósito 1-3-2 para obter a diretividade uniforme na direção horizontal. A frequência de design do transdutor é 74KHz. Para analisar e prever a frequência ressonante do transdutor piezoelétrico, o software de análise de elementos finitos é usado para simular o transdutor. Um oitavo da matriz cilíndrica dePizzocerâmico de material PZT.é selecionado, ou seja, uma peça de 1-3-2 tira de material composto e suporte é modelada. O tamanho do material composto é exatamente o mesmo que o tamanho real da amostra. O diâmetro externo do apoio é de 60 mm, a espessura da parede do tubo é de 5 mm, e a altura é de 15 mm. A figura mostra o modo de vibração de espessura de um elemento do transdutor, e sua frequência de ressonância é de 73.9khz.

O desempenho de ressonância dos dois transdutores no pool de silenciador foi medido experimentalmente, e as curvas de admissão dos dois transdutores eram quase as mesmas, para que o processo de produção fosse viável e as amostras tivessem boa consistência. A curva de admissão de água de um dos transdutores piezoelétricos cilíndricos medidos com um analisador de impedância de precisão é apresentado. A frequência de ressonância é de 72 kHz. A comparação entre as duas figuras mostra que os resultados da medição na água estão muito próximos dos resultados da simulação. Isso mostra que a frequência de vibração da amostra de transdutor cilíndrico conhece basicamente os requisitos de design.

Medição de desempenho do transdutor

O sistema automático de calibração acústica foi utilizado para medir o desempenho de dois transdutores acústicos de água cilíndricos compostos, como a resposta de tensão de transmissão, a sensibilidade da tensão da recepção e a directividade. A frequência de medição era de 20 a 100 kHz. O experimento foi realizado na piscina de silenciamento do centro de medição acústica da grande fábrica de rádio de parede. As performances dos dois transdutores são semelhantes e os desvios relativos estão dentro de 5%. O desempenho de um dosPZT41Material Piezoeltric Stripé selecionado para análise. A resposta da tensão de transmissão varia com frequência. O valor máximo é de 139dB, e a largura de banda 3DB é 7KHz. A sensibilidade de recebimento do transdutor é medida dentro de uma faixa de frequência de 20 a 60kHz, e sua sensibilidade de tensão recebendo é -212. (Solo ondulado 4DB). Os resultados da medição de diretividade do transdutor mostram que o transdutor basicamente tem uma diretividade da Horizontal 360, mas a flutuação é grande, que é principalmente porque o intervalo entre os elementos da matriz do transdutor é muito grande. A área de radiação de elemento piezo é pequena. O diagrama de diretividade vertical mostra que a largura 3DB Beam na direção vertical do transdutor é de 12 °.

No transdutor cilíndrico composto piezoelétrico, o elemento composto é de 10 mm de espessura, e quando o diâmetro do cilindro piezo é de 70 mm, a frequência de ressonância é de cerca de 72 kHz. Se a espessura do elemento piezo composto for reduzida e o diâmetro do cilindro é reduzido, a frequência ressonante doMaterial do transdutor de disco piezoPode ser ainda mais aumentado, de modo que, quando o diâmetro do transdutor é maior, uma maior frequência ressonante pode ser obtida, melhorando assim a piezeletricidade pura. Quando o transdutor cilíndrico cerâmico piezo tem uma maior frequência de ressonância, seu volume é menor e é difícil processar. Ao mesmo tempo, o transdutor cilíndrico composto 1-3-2 tem uma melhoria de largura de banda maior do que o transdutor cilíndrico cerâmico piezoelétrico da mesma frequência, e a resposta de tensão de emissão é comparável à de cerâmica piezo.

Como a estrutura de design do transdutor piezoelétrico é ligeiramente diferente da estrutura após a fabricação, e o processo de fabricação precisa ser melhorado, o desempenho do transdutor é ligeiramente menor que o resultado do cálculo esperado. Além disso, a área de radiação dos elementos da matriz do transdutor é pequena, e a energia de vibração de cada elemento de matriz é distribuída ao longo da circunferência, resultando em menor sensibilidade de recebimento. No entanto, aumentando a área da superfície irradiadora do elemento da matriz, reduzindo a espessura do elemento da matriz, e reduzindo o espaçamento entre os elementos da matriz, a sensibilidade de recepção do transdutor pode ser melhorada e a uniformidade da orientação horizontal do O transdutor também pode ser melhorado.