Вступ та принцип перетворювачів

 

Вступ до ультразвукових перетворювачів:

 

Перетворювач - це електронний пристрій, який перетворює енергію з однієї форми в іншу. Процес перетворення енергії з однієї форми в іншу називається трансдукцією.

Ультразвукові перетворювачі перетворюють електричний вихід джерела живлення у вихідний вихід. Ця електромеханічна конверсія може бути досягнута за допомогою п'єзоелектричної кераміки (як показано на малюнку нижче) або магнітостриктивні матеріали. П'єзоелектрична кераміка є ядром перетворювачів.

Вимоги до датчика залежатимуть від програми. Багато вимог суперечать між собою та отримуватимуть різні пріоритети. Тому немає набору рекомендацій, які можуть покрити всі вимоги, і існує багато різних методів для досягнення однієї і тієї ж мети.

З аналітичної точки зору, продуктивність перетворювача можна передбачити лише загальним способом. Це пояснюється тим, що характеристики п'єзоелектричної кераміки часто сильно залежать від умов праці, включаючи температуру, міцність електричного поля, статичну напругу стискаючого, динамічне напруження, кількість циклів навантаження та час. Ці умови експлуатації можуть впливати один на одного, а вплив цих умов зазвичай нелінійний. Крім того, багато характеристик п'єзоелектричної кераміки є ортотропними і можуть змінюватись між окремими п'єзоелектричними кераміками та між п'єзоелектричними керамічними партіями. Крім того, взаємодія на різних компонентних інтерфейсах (наприклад, у потоках) може бути складно охарактеризувати, і конвективний коефіцієнт теплопередачі, що використовується для охолодження повітря, може бути приблизно приблизно оцінена. Тому більшість процесів проектування передбачають експериментальне тестування.

 

 

Принцип роботи ультразвукового перетворювача:

 

Ультразвукові перетворювачі можуть бути розділені на передавачі, приймачі та приймачі відповідно до їх функцій, як показано на малюнку 1. Взявши роботу перетворювача на 40 кГц Як приклад, резонансна частота (FR) передавача розроблена для застосування для застосування для застосування до електричних сигналів на частотах, близьких до робочої частоти, як показано на малюнку 2, щоб оптимізувати ефективність передачі. Навпаки, анти резонансна частота (FA) приймача розроблена так, щоб бути близькою до отриманої ультразвукової частоти, як показано на малюнку 3, щоб оптимізувати ефективність отримання. Робоча частота приймача розроблена між резонансною частотою (FR) та анти резонансної частоти (FA) приймача, як показано на малюнку 4. Чим вище робоча частота перетворювача, тим кращою роздільною здатністю, але чим коротше діапазон виявлення.

 

 

Для того, щоб генеровані ультразвукові хвилі ефективно передавали з п'єзоелектричної кераміки до предметів або рідин (наприклад, у повітрі або воді), акустичний імпеданс між п'єзоелектричною керамікою та предметами або рідинами повинен відповідати через акустичний шар. Характеристики звукової швидкості та акустичного імпедансу загальних речовин такі:

 

Приймаючи ультразвукові трансдукер повітря, як приклад, акустичний імпеданс п'єзоелектричної кераміки становить близько 35 млерів (106 кг/м2 ∙), тоді як акустичний імпеданс повітря становить приблизно 414 р. (Кг/м2 ∙ с). Тому шар акустичного відповідності стає найважливішим компонентом ультразвукових перетворювачів, розміщених між п'єзоелектричною керамікою та повітрям, щоб відповідати їх акустичному імпедансу та ефективно передавати ультразвукову енергію у повітря.

Ідеальне значення акустичного імпедансу для відповідного шару ультразвукового перетворювача повітря є Rayl, приблизно 0. В даний час загально використовуваний акустичний матеріал відповідного шару - це композитний матеріал, виготовлений з полімерної матриці та порожнистого порошку для досягнення нижчого акустичного опору та розумної надійності. Згідно з додатком, ультразвукові перетворювачі можуть використовуватися або в режимі прийому передачі, або в режимі прийому передачі. Слід зазначити, що ультразвукові перетворювачі по суті мають дзвінки. При проектуванні ультразвукових перетворювачів для вимірювання близькості дзвонить обмеження мінімальної відстані виявлення. Як правило, демпфірувальний шар використовується для швидкого відновлення ультразвукового перетворювача до статичного стану та зменшення дзвінка.

 

Структура ультразвукових перетворювачів:

 

Ультразвуковий п'єзоелектричний перетворювач містить корпус: відповідний шар або звукове вікно, п'єзоелектричний керамічний, підкладка та вихідний кабель, включаючи приймач з цимбального масиву, що складається з вихідних проводів, 8-16 перетворювачів, металевих кільця та гумових губків; Приймач Cymbal Array розташований над дисковим п'єзоелектричним перетворювачем 3; Використання п'єзоелектричного керамічного диска -перетворювача як основного ультразвукового п'єзоелектричного перетворювача, передачі та отримання ультразвукових сигналів; Приймач Cymbal Array розташований на диску -п'єзоелектричному перетворювачі і служить ультразвуковим приймачем для отримання доплерівських ехо -сигналів поза частотною смугою диска. Підходить для ультразвукового обладнання.

 

Як вибрати перетворювач:

 

1. Перетворювач повинен мати високий вхідний опір та низький вихідний опір, щоб уникнути ефектів навантаження.

2. Перетворювач повинен бути дуже чутливим до потрібного сигналу та нечутливим до небажаних сигналів.

3. Перетворювач повинен мати можливість працювати в корозійних умовах.

4. Контур перетворювача повинен мати захист перевантаження, щоб витримати перевантаження.