Резонансная производительность цилиндрического пьезоэлектрического преобразователя (2)

Конструкция этого цилиндрического преобразователя заключается в реализации электроакустического преобразования, используя вибрацию толщины элемента композитного материала 1-3-2, чтобы получить равномерную направленность в горизонтальном направлении. Частота конструкции преобразователя составляет 74 кГц. Чтобы проанализировать и предсказать резонансную частоту пьезоэлектрического преобразователя, программное обеспечение для анализа конечных элементов используется для моделирования преобразователя. Один восьмой из цилиндрического массиваМатериал PZT пьезокерамикавыбран, то есть один кусок 1-3-2 композитного материала и моделируется поддержка. Размер композитного материала точно такой же, как и фактический размер образца. Внешний диаметр подложки составляет 60 мм, толщина стенки трубы составляет 5 мм, а высота - 15 мм. На рисунке показан режим вибрации толщины одного элемента преобразователя, а его резонансная частота составляет 73,9 кГц.

Резонансные характеристики двух преобразователей в пуле глушителей были измерены экспериментально, и кривые допуска двух преобразователей были почти одинаковыми, так что производственный процесс был осуществимым, а образцы имели хорошую согласованность. Представлена ​​кривая приема воды одного из цилиндрических пьезоэлектрических преобразователей, измеренных с помощью точного анализатора импеданса. Резонансная частота составляет 72 кГц. Сравнение между двумя фигурами показывает, что результаты измерения в воде очень близки к результатам моделирования. Это показывает, что частота вибрации цилиндрического образца преобразователя в основном соответствует требованиям конструкции.

Измерение производительности преобразователя

Автоматическая акустическая калибровочная система использовалась для измерения производительности двух составных цилиндрических акустических преобразователей, таких как отклик напряжения передачи, чувствительность напряжения приема и направленность. Частота измерения составляла от 20 до 100 кГц. Эксперимент проводился в пуле молчания в центре акустического измерения великой настенной радиостанции. Выступления двух преобразователей одинаковы, а относительные отклонения находятся в пределах 5%. Производительность одного изPzt41material пьезоэлектрическая полосавыбран для анализа. Отклик напряжения передачи варьируется в зависимости от частоты. Максимальное значение составляет 139 дБ, а пропускная способность 3DB составляет 7 кГц. Чувствительность приема преобразователя измеряется в диапазоне частот от 20 до 60 кГц, а чувствительность его получения напряжения составляет -212. (Волнистая почва 4db). Результаты измерения направления преобразователя показывают, что преобразователь в основном имеет направленность горизонтального 360, но колебания велики, что является главным образом потому, что интервал между матричными элементами преобразователя слишком велик. Область излучения пьезоэлемента невелика. Диаграмма вертикальной направленности показывает, что пропускная сила луча 3DB в вертикальном направлении преобразователя составляет 12 °.

В пьезоэлектрическом композитном цилиндрическом преобразователе композитный элемент имеет толщину 10 мм, а когда диаметр пьезоцилиндра составляет 70 мм, резонансная частота составляет около 72 кГц. Если толщина композитного пьезоэлемента уменьшается и диаметр цилиндра уменьшается, резонансная частотаматериал преобразователя пьезоможет быть дополнительно увеличить, так что, когда диаметр преобразователя больше, можно получить более высокую резонансную частоту, тем самым улучшая чистую пьезоэлектричность. Когда пьезо керамический цилиндрический преобразователь имеет более высокую частоту резонанса, его объем меньше, и его трудно обработать. В то же время композитный цилиндрический преобразователь 1-3-2 имеет больший улучшение полосы пропускания, чем пьезоэлектрический керамический цилиндрический преобразователь той же частоты, а реакция на напряжение излучения сопоставим с отрезом пьезо керамики.

Поскольку конструктивная структура пьезоэлектрического преобразователя немного отличается от структуры после изготовления, и производственный процесс должен быть улучшен, производительность преобразователя немного ниже ожидаемого результата расчета. Кроме того, область излучения элементов матрицы преобразователей мала, а энергия вибрации каждого массива распределяется вдоль окружности, что приводит к более низкой чувствительности. Однако, увеличивая площадь излучающей поверхности элемента массива, уменьшая толщину элемента матрица и уменьшая расстояние между элементами матрицы, чувствительность преобразователя может быть улучшена и однородность горизонтальной ориентации Преобразователь также может быть улучшен.