Préparation du transducteur cylindrique composite en céramique / polymère piézoélectrique (1) (1)

Le réseau de transducteurs est les composants clés du système Sonar. C'est un appareil qui réalise la conversion mutuelle de l'énergie électro-acoustique. Les performances du transducteur et du réseau de transducteurs dépend principalement des performances, de la structure et du processus de fabrication du matériau de transduction. À l'heure actuelle, la plupart des transducteurs acoustiques sous-marins qui utilisent le plomb du zirconate titanate piézoélectrique (PZT) comme matériau de conversion d'énergie, qui présente les avantages d'un coefficient de couplage électromécanique élevé, de faible perte, de fabrication pratique et de bas prix. Cependant, en raison de l'impédance caractéristique élevée de la céramique piézoélectrique, lorsque la charge est de l'eau ou du tissu biologique, il n'est pas facile de faire correspondre la charge, la perte de réflexion debague en céramique piézoà l'interface est grande et son couplage latéral est solide. Par conséquent, le transducteur de vibration d'épaisseur est préparé avec une bande de fréquence étroite, une valeur Q élevée, une faible sensibilité et d'autres lacunes. Les matériaux composites piézoélectriques de 1 à 3 ont une faible impédance caractéristique, une valeur Q, une constante diélectrique, un coefficient de couplage électromécanique latéral et un coefficient de couplage électromécanique à haute épaisseur en raison de la phase polymère. Matériau idéal pour le dispositif d'économie d'énergie. Les performances de transducteurs de piston composées de la même taille 1-3 matériaux composites piézoélectriques et des disques PZT ordinaires ont été mesurés, et les courbes d'admission et la transmission des deux transducteurs dans l'air et l'eau ont été obtenues. Il s'agit de la réponse de tension, reçoit une sensibilité et des parcelles de directivité. Et par analyse comparative, il est conclu que le transducteur de matériau composite piézoélectrique de type 1-3 a une performance de transmission et de réception significativement améliorée par rapport aux transducteurs piézoélectriques PZT ordinaires. Le composite piézoélectrique amélioré 1-3 (1-3-2) conserve les excellentes caractéristiques électro-acoustiques du 1-3PZT5 PIEZO CéramiqueComposite, et a une bonne stabilité de la température et de la pression, qui est très adaptée à la préparation du transducteur acoustique sous-marine. Cet article utilise un matériau composite piézoélectrique 1-2-3 pour concevoir et fabriquer un transducteur acoustique sous-marin cylindrique, et mesure son admission, transmet une réponse de tension, recevant la sensibilité et la directivité.

Structure et préparation des composites piézoélectriques

Les matériaux composites piézoélectriques sont composés de matériaux composites piézoélectriques et de substrats en céramique piézo-piézo connectés en série le long de la direction de polarisation en céramique. Cette structure a un support en céramique piézoélectrique rigide en parallèle et perpendiculaire à la direction de polarisation, qui est plus stable que les matériaux composites de type 1 à 3. Il conserve non seulement tous les avantages de 1-3 matériaux composites piézoélectriques, mais n'est pas non plus facile à déformer à des températures plus élevées, et a une meilleure résistance à la chaleur et une meilleure résistance à l'impact externe. Le matériau composite piézoélectrique est préparé par un processus de réduction. La céramique piézoélectrique utilise le PZT-5A produit par l'Institut d'acoustique de l'Académie chinoise des sciences. Il a été polarisé lorsqu'il quitte l'usine. Une machine de découpe automatique est utilisée pour couper la surface perpendiculaire à l'axe de polarisation de la céramique piézante dans deux directions perpendiculaires les unes aux autres, conservant une certaine épaisseur du substrat pour former un squelette en céramique. Un polymère avec une quantité appropriée d'agent de durcissement est versé dans le cadre en céramique (c'est-à-dire la résine époxy WRS618 produite par Wuxi Resin Factory), puis la bulle d'éjecteur à vide est évacuée et séchée à température ambiante pour fabriquer un matériau composé, qui est moulu ou coupé pour façonner le blanc. Un échantillon de matériau composite a été formé, et enfin, la surface de l'échantillon a été recouverte d'une électrode en utilisant un appareil à pulvérisation de magnétron à vide élevé. En utilisant le processus ci-dessus, deux pièces de 1-3-2 feuille composite en céramique / polymère piézoélectrique de 40 mm * 40 mm * 10 mm ont été préparées. La largeur des piliers en céramique et la largeur de la résine époxy entre les piliers sont respectivement de 0,9 et 0,45 mm, et l'épaisseur de latransducteur de cylindre piézoélectrique
est 1 mm. Le long de la direction d'épaisseur du matériau composite, deux morceaux de matériau composite ont été coupés en 24 plaquettes de matériau composite d'une longueur de 10 mm, d'une largeur de 6,5 et d'une épaisseur de 10 mm. Les performances de résonance de chaque tranche piézoélectrique ont été mesurées, et 18 d'entre elles ont été sélectionnées pour faire deux tranches de remplacement. Les résultats de mesure des performances de chaque élément des transducteurs, la cohérence des performances de chaque élément piézo est bonne et sa fréquence de résonance est presque la même. La figure montre la courbe de mesure d'admission de l'un des éléments du tableau, où les éléments du tableau lui sont tous similaires.

Structure et processus de fabrication du transducteur cylindrique piézoelctrique

3.1 Structure du transducteur

Une pluralité de matériaux composites piézoélectriques 1-3-2 est uniformément disposée le long de la circonférence pour former un réseau circulaire pour produire un transducteur cylindrique. La structure du transducteur est représentée dans l'image. À l'heure actuelle, aucun transducteur de cette structure n'est trouvé. Il y a des rapports de recherche connexes.

Le transducteur piézoélectrique cylindrique composite est composé d'un élément composite, d'un support de cuivre, d'un support et d'une plaque de couverture. Dix-huit éléments de matériau PZT composites sont régulièrement disposés dans les rainures du support de cuivre en forme d'anneau le long de la circonférence, et la surface inférieure des éléments de matériau composite est adhérée au support de cuivre avec un adhésif conducteur. De cette façon, le support de cuivre peut non seulement localiser les éléments du tableau, mais également améliorer le déplacement des vibrations. En raison de l'utilisation de la liaison adhésive conductrice, l'électrode inférieure de l'élément composite est connectée au support, ce qui simplifie le processus du fil d'électrode. De cette façon, le fil d'électrode inférieur (ligne de signal) peut être mené à partir de la paroi latérale intérieure du support de tube de cuivre et connecté au même câble de signal du câble de l'arbre. Ensuite, le support et le couvercle d'extrémité colonisent respectivement et fixent le support de cuivre à partir de deux directions. Le support, le support et le couvercle d'extrémité sont isolés avec une rondelle en mousse rigide, puis les électrodes externes des éléments piézo-piéneaux de matériaux composites sont connectés au fil blindé du câble coaxial, et scellé avec un joint étanche ou une colle étanche. Enfin, l'assemblage est placé dans un moule, et un polyuréthane avec une épaisseur d'environ 2 mm est versé pour former une couche étanche, perméable au son et scellant. En utilisant le processus ci-dessus, deux transducteurs cylindriques identiques ont été fabriqués expérimentalement et les dimensions globales des transducteurs cylindriques après assemblage étaient de 70 mm × 15 mm.