Introducere și principiul traducătorilor
Introducere în traductoare cu ultrasunete:
Un traductor este un dispozitiv electronic care transformă energia de la o formă la alta. Procesul de transformare a energiei de la o formă la alta se numește transducție.
Traductoarele cu ultrasunete transformă ieșirea electrică a unei surse de alimentare în ieșire de vibrații. Această conversie electromecanică poate fi obținută prin ceramică piezoelectrică (așa cum se arată în figura de mai jos) sau materiale magnetostrictive. Ceramica piezoelectrică este nucleul traductoarelor.
Cerințele senzorului vor depinde de aplicație. Multe cerințe vor intra în conflict între ele și vor primi priorități diferite. Prin urmare, nu există un set de orientări care să poată acoperi toate cerințele și există multe metode diferite pentru a atinge același obiectiv.
Dintr -o perspectivă analitică, performanța traductorului nu poate fi prezisă decât într -un mod general. Acest lucru se datorează faptului că caracteristicile ceramicii piezoelectrice sunt adesea foarte dependente de condițiile de muncă, inclusiv temperatura, rezistența câmpului electric, pretensiunea compresivă statică, stresul dinamic, numărul de cicluri de încărcare și timpul. Aceste condiții de funcționare se pot afecta reciproc, iar impactul acestor condiții este de obicei neliniar. În plus, multe caracteristici ale ceramicii piezoelectrice sunt orthotrope și pot varia între ceramica piezoelectrică individuală și între loturile ceramice piezoelectrice. În plus, interacțiunile la diferite interfețe componente (cum ar fi la fire) pot fi dificil de caracterizat, iar coeficientul de transfer de căldură convectiv utilizat pentru răcirea aerului poate fi doar aproximativ estimat. Prin urmare, majoritatea proceselor de proiectare implică teste experimentale.
Principiul de lucru al traductorului cu ultrasunete:
Ultrasonic transducers can be divided into transmitters, receivers, and transceivers according to their functions, as shown in Figure 1. Taking the operation of a transducer at 40 kHz as an example, the resonant frequency (fr) of the transmitter is designed to be applied la semnale electrice la frecvențe apropiate de frecvența de funcționare, așa cum se arată în figura 2, pentru a optimiza eficiența transmisiei. Dimpotrivă, frecvența anti -rezonantă (FA) a receptorului este proiectată să fie apropiată de frecvența ultrasonică primită, așa cum se arată în figura 3, pentru a optimiza eficiența primitoare. Frecvența de funcționare a transceiverului este proiectată între frecvența rezonantă (FR) și frecvența anti -rezonantă (FA) a transceiverului, așa cum se arată în figura 4. Cu cât este mai mare frecvența de funcționare a traductorului, cu atât rezoluția este mai bună, dar cu atât mai scurtă este mai scurtă intervalul de detectare.
Pentru ca undele cu ultrasunete generate să fie transmise eficient de la ceramică piezoelectrică la obiecte sau fluide (cum ar fi în aer sau apă), impedanța acustică dintre ceramica piezoelectrică și obiecte sau fluide trebuie să fie potrivită printr -un strat de potrivire acustică. Viteza sonoră și caracteristicile impedanței acustice ale substanțelor comune sunt următoarele:
Luând ca exemplu traductoare de aer cu ultrasunete, impedanța acustică a ceramicii piezoelectrice este de aproximativ 35 mrayl (106 kg/m2 ∙ s), în timp ce impedanța acustică a aerului este la fel de mică ca aproximativ 414 rayl (kg/m2 ∙ s). Prin urmare, stratul de potrivire acustică devine o componentă esențială a traductoarelor cu ultrasunete, plasată între ceramica piezoelectrică și aerul pentru a se potrivi cu impedanța lor acustică și a transmite eficient energia ultrasonică în aer.
Valoarea de impedanță acustică ideală pentru stratul de potrivire al unui traductor de aer cu ultrasunete este Rayl, aproximativ 0. 122 MRAYL, dar este dificil să găsești materiale cu impedanță acustică mai mică de 1 mrayl și durabilitate. În prezent, materialul stratului de potrivire acustică utilizat în mod obișnuit este un material compozit format din matrice polimerică și pulbere goală pentru a obține impedanță acustică mai mică și o fiabilitate rezonabilă. Conform aplicației, traductoarele cu ultrasunete pot fi utilizate fie într -un mod de recepție de transmisie, fie într -un mod de recepție de transmitere. Trebuie menționat că traductoarele cu ultrasunete au în mod inerent caracteristici de apel. Când proiectați traductoare cu ultrasunete pentru măsurarea proximității, sunetul limitează distanța minimă de detectare. În general, un strat de amortizare este utilizat pentru a restabili rapid traductorul cu ultrasunete la o stare statică și pentru a reduce sunetul.
Structura traductoarelor cu ultrasunete:
Traductorul piezoelectric cu ultrasunete cuprinde o carcasă: un strat de potrivire sau o fereastră sonoră, ceramică piezoelectrică, suport și cablu de ieșire, inclusiv un receptor de cymbal, format din fire de ieșire, 8-16 traductoare de cymbal, inele metalice și garnituri de cauciuc; Receptorul de matrice cymbal este situat deasupra traductorului piezoelectric 3; Utilizarea traductorului de discuri ceramice piezoelectrice ca traductor piezoelectric ultrasonic de bază, transmiterea și primirea semnalelor ultrasonice; Receptorul Cymbal Array este localizat pe traductorul piezoelectric al discului și servește ca un receptor cu ultrasunete pentru a primi semnale de ecou Doppler în afara benzii de frecvență a traductorului de disc. Potrivit pentru echipamente cu ultrasunete.
Cum să alegeți un traductor:
1. Traductorul ar trebui să aibă o impedanță de intrare ridicată și o impedanță scăzută de ieșire pentru a evita efectele de încărcare.
2. Traductorul trebuie să fie extrem de sensibil la semnalul dorit și insensibil la semnalele nedorite.
3. Traductorul ar trebui să poată opera în medii corozive.
4. Circuitul traductorului ar trebui să aibă o protecție împotriva suprasarcinării pentru a rezista la suprasarcină.
