Analyse théorique des transducteurs à ultrasons en mode vibration

Lorsque les facteurs électromécaniques axiaux et radiaux du vibrateur piézoélectrique de type disque sont relativement forts, la théorie unidimensionnelle établie par le modèle radial pur ou le modèle d'épaisseur pure n'est pas suffisamment précis. Entre la valeur calculée théorique et la valeur expérimentale. L'erreur des transducteurs à ultrasons est grande. Par conséquent, il est nécessaire de comprendre le circuit équivalent du mode de vibration de couplage radial / épaisseur du vibrateur piézoélectrique de type disque, et de dériver le mode de vibration libre isotrope du vibrateur piézoélectrique de type disque dans des conditions approximatives. Par rapport à la théorie unidimensionnelle, la théorie bidimensionnelle reflète plus précisément le diamètre du processus de vibration du vibrateur piézoélectrique de type disque et le circuit équivalent du vibrateur piézoélectrique lorsqu'il est un couplage épais. Afin d'analyser les caractéristiques électromécaniques du vibrateur piézoélectrique de type disque, je représente respectivement la tension d'alimentation d'excitation et le courant, et F représente respectivement le déplacement et la pression totale sur les surfaces respectives, respectivement.

Il est connu qu'un vibrateur piézoélectrique est fait d'un disque en céramique PZT-Piezoélectrique et est polarisé le long de l'axe Z, et une couche d'argent est plaquée à deux extrémités du disque sous forme d'électrode, et une tension d'excitation est appliquée aux deux extrémités de l'électrode. Lorsque la dimension d'épaisseur du disque diffère considérablement de la dimension radiale, elle peut être traitée comme un mode de vibration d'épaisseur pure ou un mode de vibration radiale pure; Inversement, le problème de coordination électromécanique entre l'épaisseur et la direction radiale du disque en céramique piézoélectrique doit être pris en compte. D'après l'équation du mouvement, c'est l'équation piézoélectrique et l'équation de charge libre, la pression totale agissant sur les trois surfaces du disque peut être dérivée.

La plage de fréquences de fonctionnement du transducteur à ultrasons de type à disque piézoélectrique se situe entre 2225 kHz. Lorsqu'il y a un mouvement relatif entre le transducteur et la cible est mesurée, la fréquence du signal d'écho peut tomber en dehors de la bande de fonctionnement du transducteur en raison de l'effet Doppler. Il existe deux façons de résoudre ce problème: premièrement, en utilisant deux ou plusieurs transducteurs avec différentes fréquences résonnantes (centrales) pour former un tableau, c'est-à-dire la superposition des bandes de fréquence de plusieurs transducteurs consiste à étendre le transducteur et la bande passante du tableau; La structure combinée du transducteur est utilisée pour fabriquer la fréquence de réception de la bande passante du transducteur dans la bande de transmission du capteur de mesure de distance à ultrasons.

Le premier est une grande structure de réseau souvent utilisée par le sonar sous-marin; Ce dernier est le schéma structurel proposé dans cet article, qui tire parti de la petite taille, du faible coût et de la sensibilité élevée du transducteur, et distribue le transducteur en tant que récepteur auxiliaire à la pression. Autour du transducteur à disque électrique (type de réception et de transmission), un réseau circulaire de transducteurs est formé, ce qui permet au transducteur combiné de recevoir des signaux d'écho à l'extérieur de la bande du transducteur à disque piézoélectrique. En tant que capteur de montage monté sur un véhicule, il est plus pratique de pouvoir détecter de manière fiable un objet en mouvement qui approche à grande vitesse que de détecter un objet en mouvement qui est loin. Il peut être connu à partir de l'effet DOPPLER que lorsque l'onde ultrasonique agit sur une cible mobile à grande vitesse en sens inverse, la fréquence du signal d'écho réfléchi sera décalée vers le haut (supérieure à la fréquence du signal transmis). À cette fin, la fréquence de fonctionnement inférieure du réseau annulaire du capteur de distance à ultrasons doit être supérieure à la fréquence de fonctionnement supérieure du transducteur primaire.