Resonante Leistung des zylindrischen piezoelektrischen Wandlers (2)

Das Design dieses zylindrischen Wandlers besteht darin, die elektroakustische Umwandlung unter Verwendung der Dickeschwingung des 1-3-2-Verbundmaterialselements zu realisieren, um die gleichmäßige Direktivität in horizontaler Richtung zu erhalten. Die Konstruktionsfrequenz des Wandlers beträgt 74 kHz. Um die Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Wandlers zu analysieren und vorherzusagen, wird die Finite -Elemente -Analysesoftware zum Simulieren des Wandlers verwendet. Ein Achtel der zylindrischen Array vonPZT Material Piezoceramicwird ausgewählt, dh ein Stück 1-3-2 Verbundmaterialstreifen und die Unterstützung werden modelliert. Die Größe des Verbundmaterials entspricht genau der tatsächlichen Größe der Probe. Der Außendurchmesser der Rückseite beträgt 60 mm, die Dicke der Rohrwand 5 mm und die Höhe 15 mm. Die Abbildung zeigt den Dickenschwingungsmodus eines Elements des Wandlers und seine Resonanzfrequenz beträgt 73,9 kHz.

Die Resonanzleistung der beiden Wandler im Mufflerpool wurde experimentell gemessen, und die Zulassungskurven der beiden Wandler waren fast gleich, so dass der Produktionsprozess realisierbar war und die Proben eine gute Konsistenz hatten. Die mit einem Präzisionsimpedanzanalysator gemessene Wasserzuteilungskurve eines der zylindrischen piezoelektrischen Wandler wird vorgestellt. Die Resonanzfrequenz beträgt 72 kHz. Der Vergleich zwischen den beiden Abbildungen zeigt, dass die Messungsergebnisse in Wasser sehr nahe an den Simulationsergebnissen liegen. Dies zeigt, dass die Schwingungsfrequenz der zylindrischen Wandlerprobe grundsätzlich den Entwurfsanforderungen erfüllt.

Leistungsmessung des Wandlers

Das automatische Akustikkalibrierungssystem wurde verwendet, um die Leistung zweier zusammengesetzter zylindrischer Wasserakustikler wie der Transmissionsspannungsantwort, der Empfangsspannungsempfindlichkeit und der Direktivität zu messen. Die Messfrequenz betrug 20 bis 100 kHz. Das Experiment wurde im Stummschaltpool des akustischen Messzentrums der Great Wall -Funkfabrik durchgeführt. Die Leistungen der beiden Wandler sind ähnlich und die relativen Abweichungen liegen innerhalb von 5%. Die Leistung eines derPZT41Material Piezoelektrisches Streifenwird zur Analyse ausgewählt. Die Übertragungsspannungsantwort variiert mit der Frequenz. Der Maximalwert beträgt 139 dB und die 3DB -Bandbreite beträgt 7 kHz. Die Empfindlichkeit des Wandlers wird innerhalb eines Frequenzbereichs von 20 bis 60 kHz gemessen und seine Empfindungsempfindlichkeit von -212 beträgt. (Wellenloser Boden 4 dB). Die Ereignisergebnisse der Direktivitätsmessung des Wandlers zeigen, dass der Wandler im Grunde genommen über eine Verzeichnis der horizontalen 360 verfügt, aber die Schwankung ist groß, was hauptsächlich darauf zurückzuführen ist, dass das Intervall zwischen den Array -Elementen des Wandlers zu groß ist. Der Piezo -Element -Strahlungsbereich ist klein. Das vertikale Direktivitätsdiagramm zeigt, dass die 3DB -Strahlbreite in vertikaler Richtung des Wandlers 12 ° beträgt.

Im piezoelektrischen zusammengesetzten zylindrischen Wandler ist das Verbundelement 10 mm dick, und wenn der Durchmesser des Piezozylinders 70 mm beträgt, beträgt die Resonanzfrequenz etwa 72 kHz. Wenn die Dicke des zusammengesetzten Piezoelements verringert und der Durchmesser des Zylinders verringert wird, die Resonanzfrequenz derPiezo -Scheibe -WandlermaterialKann weiter erhöht werden, so dass, wenn der Durchmesser des Wandlers größer ist, eine höhere Resonanzfrequenz erhalten werden kann, wodurch die reine Piezoelektrizität verbessert wird. Wenn der zylindrische Piezo -Keramik -Wandler eine höhere Resonanzfrequenz aufweist, ist sein Volumen kleiner und es ist schwierig zu verarbeiten. Gleichzeitig weist der 1-3-2-zusammengesetzte zylindrische Wandler eine größere Bandbreitenverbesserung auf als die piezoelektrische Keramikzylindrische Wandlerin derselben Frequenz, und die Emissionsspannungsreaktion ist mit der von Piezo-Keramik vergleichbar.

Da sich die Entwurfsstruktur des piezoelektrischen Wandlers leicht von der Struktur nach der Herstellung unterscheidet und der Herstellungsprozess verbessert werden muss, ist die Leistung des Wandlers geringfügig niedriger als das erwartete Berechnungsergebnis. Darüber hinaus ist die Strahlungsfläche der Wandlerarray -Elemente gering, und die Schwingergie jedes Array -Elements wird entlang des Umfangs verteilt, was zu einer geringeren Empfindlichkeit führt. Durch Erhöhen der Fläche der strahlenden Oberfläche des Arrayelements, der Verringerung der Dicke des Arrayelements und der Verringerung des Abstand Der Wandler kann auch verbessert werden.