Theoretische Analyse des Vibrationsmodus -Ultraschallwandlers

Wenn die axialen und radialen elektromechanischen Faktoren des piezoelektrischen Vibrators vom Disc-Typ relativ stark sind, ist die eindimensionale Theorie, die durch das reine Radialmodell oder das Modell der reinen Dicke festgelegt wird, nicht genau genug. Zwischen dem theoretischen berechneten Wert und dem experimentellen Wert. Der Fehler der Ultraschallwandler ist groß. Daher ist es notwendig, den äquivalenten Schaltkreis des vibrationsmodus radialen/dicken Kopplungsvibrats des Pibrators vom Disc-Typ zu verstehen und den isotropen freien Vibrationsmodus des Piezoelektrikums von Disc-Typen unter den ungefähren Bedingungen abzuleiten. Im Vergleich zur eindimensionalen Theorie spiegelt die zweidimensionale Theorie genauer den Schwingungsprozessdurchmesser des Pibrator-Scheiben-Typs und den äquivalenten Schaltkreis des piezoelektrischen Vibrators genauer wider, wenn die dicke Kopplung ist. Um die elektromechanischen Merkmale des piezoelektrischen Scheiben-Typs zu analysieren, repräsentiere ich die Anregungsversorgungsspannung bzw. Strom, und F repräsentiert die Verschiebung und den Gesamtdruck auf die jeweiligen Oberflächen.

Es ist bekannt, dass ein piezoelektrischer Vibrator aus einer PZT-Piezoelektrik-Keramikscheibe besteht und entlang der Z-Achse polarisiert ist, und eine Silberschicht wird am Ende der Scheibe als Elektrode plattiert, und eine Anregungsspannung wird an beide Enden angewendet der Elektrode. Wenn sich die Dickungsdimension der Scheibe stark von der radialen Dimension unterscheidet, kann sie als reine Dicke -Schwingungsmodus oder als reiner radialer Schwingungsmodus behandelt werden. Umgekehrt sollte das elektromechanische Koordinationsproblem zwischen der Dicke und der radialen Richtung der piezoelektrischen Keramikscheibe berücksichtigt werden. Aus der Bewegungsgleichung ist es die piezoelektrische Gleichung und die freie Ladungsgleichung, der Gesamtdruck, der auf die drei Oberflächen der Scheibe wirkt, abgeleitet werden.

Der Betriebsfrequenzbereich des Ultraschallwandlers des piezoelektrischen Scheibenentyps liegt zwischen 2225 kHz. Wenn zwischen dem Wandler und dem Ziel eine relative Bewegung besteht, kann die Frequenz des Echosignals aufgrund des Doppler -Effekts außerhalb des Betriebsbandes des Wandlers fallen. Es gibt zwei Möglichkeiten, dieses Problem zu lösen: Erstens mit zwei oder mehr Wandlern mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen (zentrale) Frequenzen, um ein Array zu bilden, dh überlagende Frequenzbänder mehrerer Wandler, besteht darin, den Wandler und die Bandbreite des Arrays zu erweitern. Die kombinierte Wandlerstruktur wird verwendet, um die Empfangsfrequenz der Wandlerbandbreite im Sendeband des Ultraschallabstandsmesssensors zu gestalten.

Ersteres ist eine große Array -Struktur, die häufig vom Unterwassersonar verwendet wird. Letzteres ist das in diesem Artikel vorgeschlagene Strukturschema, das die geringe Größe, niedrige Kosten und hohe Empfindlichkeit des Wandlers nutzt und den Wandler als Hilfsempfänger am Druck verteilt. Um den elektrischen Scheibenwandler (Empfangs- und Übertragungsart), wird ein kreisförmiges Array von Wandlern gebildet, der es dem kombinierten Wandler ermöglicht, Echosignale außerhalb des Bandes des piezoelektrischen Bandscheibenwandlers zu empfangen. Als Fahrzeug-Sensor ist es praktischer, ein sich bewegendes Objekt zuverlässig erkennen zu können, das sich mit hoher Geschwindigkeit nähert, als ein weit entferntes bewegliches Objekt zu erkennen. Aus dem Doppler-Effekt kann bekannt sein, dass die Frequenz des reflektierten Echo-Signals nach oben verschoben wird (höher als die Frequenz des übertragenen Signals), wenn die Ultraschallwelle auf ein entgegenkommendes Hochgeschwindigkeitsziel wirkt. Zu diesem Zweck muss die untere Betriebsfrequenz des ultraschalligen Abstandssensor -Ring -Arrays höher sein als die obere Betriebsfrequenz des Primärwandlers.