Úvod a princip převodníků

 

Úvod do ultrazvukových převodníků:

 

Převodník je elektronické zařízení, které převádí energii z jedné formy na druhou. Proces přeměny energie z jedné formy na druhou se nazývá transdukce.

Ultrazvukové převodníky převádějí elektrický výstup zdroje energie na výstup vibrace. Tuto elektromechanickou konverzi lze dosáhnout piezoelektrickou keramikou (jak je znázorněno na obrázku níže) nebo magnetostrikčními materiály. Piezoelektrická keramika je jádrem převodníků.

Požadavky na senzor budou záviset na aplikaci. Mnoho požadavků bude navzájem v rozporu a bude mít různé priority. Neexistuje proto žádná sada pokynů, které by mohly pokrýt všechny požadavky, a existuje mnoho různých metod k dosažení stejného cíle.

Z analytického hlediska lze výkon převodníku předpovídat pouze obecně. Je to proto, že charakteristiky piezoelektrické keramiky jsou často velmi závislé na pracovních podmínkách, včetně teploty, pevnosti elektrického pole, statického tlaku, dynamického napětí, počtu zatížení a času. Tyto provozní podmínky se mohou navzájem ovlivnit a dopad těchto podmínek je obvykle nelineární. Kromě toho je mnoho charakteristik piezoelektrické keramiky ortotropní a může se lišit mezi jednotlivou piezoelektrickou keramikou a mezi piezoelektrickými keramickými šaržemi. Kromě toho mohou být obtížné charakterizovat interakce na různých komponentních rozhraních (například na vláknech) a koeficient konvekčního přenosu tepla použitého pro chlazení vzduchu lze odhadnout pouze přibližně. Většina návrhových procesů proto zahrnuje experimentální testování.

 

 

Pracovní princip ultrazvukového převodníku:

 

Ultrazvukové převodníky lze rozdělit na vysílače, přijímače a vysílače podle jejich funkcí, jak je znázorněno na obrázku 1. Elektrické signály při frekvencích blízké provozní frekvenci, jak je znázorněno na obrázku 2, za účelem optimalizace účinnosti přenosu. Naopak, antisonanční frekvence (FA) přijímače je navržena tak, aby byla blízko přijímané ultrazvukové frekvenci, jak je znázorněno na obrázku 3, aby se optimalizovala přijímací účinnost. Provozní frekvence transceiveru je navržena mezi rezonanční frekvencí (FR) a antisonantovou frekvencí (FA) transceiveru, jak je znázorněno na obrázku 4. Čím vyšší je provozní frekvence převodníku, tím lepší je rozlišení, ale kratší je kratší rozsah detekce.

 

 

Aby byly generované ultrazvukové vlny efektivně přenášeny z piezoelektrické keramiky na objekty nebo tekutiny (například ve vzduchu nebo vodě), musí být akustická impedance mezi piezoelektrickou keramikou a předměty nebo tekutinami porovnávána přes akustickou odpovídající vrstvu. Zvuková rychlost a charakteristiky akustické impedance běžných látek jsou následující:

 

Akustická impedance piezoelektrické keramiky je jako příklad ultrazvuková vzduchová převodníky jako příklad asi 35 Mrayl (106 kg/m2 ∙ s), zatímco akustická impedance vzduchu je až přibližně 414 rayl (kg/m2 ∙ s). Akustická odpovídající vrstva se proto stává nezbytnou součástí ultrazvukových převodníků, umístěných mezi piezoelektrickou keramikou a vzduchem, aby odpovídala jejich akustické impedanci a účinně přenášelo ultrazvukovou energii do vzduchu.

Ideální hodnota akustické impedance pro odpovídající vrstvu ultrazvukového vzduchového převodníku je Rayl, přibližně 0. 122 Mrayl, ale je obtížné najít materiály s akustickou impedancí nižší než 1 Mrayl a trvanlivost. V současné době je běžně používaným akustickou odpovídající vrstvou materiálem kompozitním materiálem vyrobeným z polymerní matrice a dutého prášku k dosažení nižší akustické impedance a přiměřené spolehlivosti. Podle aplikace lze ultrazvukové převodníky použít buď v režimu přijímání přenosu nebo v režimu přijímání přenosu. Je třeba poznamenat, že ultrazvukové převodníky mají neodmyslitelně vyzváněcí vlastnosti. Při navrhování ultrazvukových převodníků pro měření blízkosti omezuje vyzvánění minimální detekční vzdálenosti. Obecně se tlumící vrstva používá k rychlému obnovení ultrazvukového převodníku do statického stavu a snížení zvonění.

 

Struktura ultrazvukových převodníků:

 

Ultrazvukový piezoelektrický převodník zahrnuje pouzdro: odpovídající vrstva nebo zvukové okno, piezoelektrické keramiky, podložku a odchozí kabel, včetně přijímače činelu, sestávající z odchozích vodičů, 8-16 cymbálních převodníků, kovových kroužků a plynulých plynů; Přijímač Cymbal Array je umístěn nad disk piezoelektrickým převodníkem 3; Použití piezoelektrického převodníku keramického disku jako základního ultrazvukového piezoelektrického převodníku, přenášení a přijímání ultrazvukových signálů; Přijímač Cymbal Array je umístěn na disku Piezoelektrickém převodníku a slouží jako ultrazvukový přijímač pro přijímání Dopplerových echo signálů mimo frekvenční pásmo diskového převodníku. Vhodné pro ultrazvukové zařízení.

 

Jak vybrat převodník:

 

1.. Převodník by měl mít vysokou vstupní impedanci a nízkou výstupní impedanci, aby se zabránilo účinkům zátěže.

2. převodník by měl být vysoce citlivý na požadovaný signál a necitlivý na nežádoucí signály.

3.. Převodník by měl být schopen pracovat v korozivním prostředí.

4. obvod snímače by měl mít ochranu přetížení, aby se odolala přetížení.