Muundurite sissejuhatus ja põhimõte
Sissejuhatus ultraheli muunduritesse:
Andur on elektrooniline seade, mis teisendab energia ühelt vormilt teisele. Energia ühest kujust teise muutmise protsessi nimetatakse transduktsiooniks.
Ultraheli muundurid muudavad toiteallika elektri väljundi vibratsiooniväljundiks. Seda elektromehaanilist muundamist saab saavutada piesoelektrilise keraamika (nagu näidatud allpool toodud joonisel) või magnetostriktiivsete materjalide abil. Piesoelektrilised keraamika on muundurite tuum.
Anduri nõuded sõltuvad rakendusest. Paljud nõuded on üksteisega vastuolus ja neile antakse erinevad prioriteedid. Seetõttu pole ühtegi suunise kogumit, mis hõlmaks kõiki nõudeid, ja sama eesmärgi saavutamiseks on palju erinevaid meetodeid.
Analüütilisest vaatenurgast saab anduri jõudlust ennustada ainult üldisel viisil. Selle põhjuseks on asjaolu, et piesoelektrilise keraamika omadused sõltuvad sageli suuresti töötingimustest, sealhulgas temperatuurist, elektrivälja tugevusest, staatilisest surveperioodist, dünaamilisest stressist, koormustsüklite arvust ja ajast. Need töötingimused võivad üksteist mõjutada ja nende tingimuste mõju on tavaliselt mittelineaarne. Lisaks on piesoelektrilise keraamika paljud omadused ortotroopsed ja võivad erineda üksikute piesoelektriliste keraamika ja piesoelektriliste keraamiliste partiide vahel. Lisaks võivad erinevatel komponentide liidestel (näiteks keermetel) interaktsioone olla keeruline iseloomustada ja õhu jahutamiseks kasutatav konvektiivne soojusülekande koefitsient saab ainult hinnata. Seetõttu hõlmab enamik projekteerimisprotsesse eksperimentaalset testimist.
Ultraheli muunduri tööpõhimõte:
Ultraheli muundurid saab jagada saatjateks, vastuvõtjateks ja transiiveerijaks vastavalt nende funktsioonidele, nagu on näidatud joonisel 1. Võttes näitena anduri töö 40 kHz kiirusel, on saatja resonantssagedus (FR) kavandatud rakendama Elektrisignaalidele töösageduse lähedastel sagedustel, nagu on näidatud joonisel 2, et optimeerida ülekande efektiivsust. Vastupidi, vastuvõtja resonantsvastane sagedus (FA) on kavandatud vastuvõetud ultraheli sagedusele, nagu on näidatud joonisel 3, et optimeerida vastuvõtvat tõhusust. Transiiveri töösagedus on kavandatud resonantssageduse (FR) ja transiiveri resonantsvastase sageduse (FA) vahel, nagu on näidatud joonisel 4. Mida suurem on muunduri töösagedus, seda parem on eraldusvõime, kuid seda lühem tuvastusvahemik.
Selleks, et genereeritud ultrahelilained edastataks tõhusalt piesoelektrilisest keraamikast esemete või vedelikeni (näiteks õhus või vees), tuleb piesoelektrilise keraamika ja esemete või vedelike vaheline akustiline impedants akustilise sobitamise kihi kaudu sobitada. Tavaliste ainete heli kiirus ja akustilised impedantsi omadused on järgmised:
Võttes näitena ultraheli õhu muundurid, on piesoelektrilise keraamika akustiline impedants umbes 35 mrayl (106 kg/m2 ∙ s), samas kui õhu akustiline impedants on nii madal kui umbes 414 rayl (kg/m2 ∙ s). Seetõttu saab akustilisest sobitamiskihist ultraheli muundurite oluline komponent, mis asetatakse piesoelektrilise keraamika ja õhu vahele, et see vastaks nende akustilisele impedantsile ja edastada ultraheli energia tõhusalt õhku.
Ultraheli õhuanduri sobitatava kihi ideaalne akustiline impedants on Rayl, umbes 0. Praegu on tavaliselt kasutatav akustiline sobiv kiht materjal komposiitmaterjal, mis on valmistatud polümeermaatriksist ja õõnespulbrist, et saavutada madalam akustiline impedants ja mõistlik usaldusväärsus. Rakenduse kohaselt saab ultraheli muundureid kasutada kas edastusrežiimis või edastusrežiimis. Tuleb märkida, et ultrahelimuunduritel on olemuselt helisemisomadused. Ultraheli muundurite kujundamisel läheduse mõõtmiseks piirab rõngas minimaalse tuvastamise vahemaa. Üldiselt kasutatakse ultraheli muunduri staatilise oleku kiireks taastamiseks ja helisemise vähendamiseks summutuskihti.
Ultraheli muundurite struktuur:
Ultraheli piesoelektriline muundur koosneb korpusest: sobiv kiht või heli aken, piesoelektriline keraamika, alus- ja väljaminev kaabel, sealhulgas sümbol massiivi vastuvõtja, mis koosneb väljuvatest juhtmetest, 8-16} cymbal -siirdajatest, metallist rõngastest ja kummimudest; Cymbal massiivi vastuvõtja asub plaadi piesoelektrilise muunduri 3 kohal; Kasutades piesoelektrilise keraamilise kettamuunduri kasutamist ultraheli põhilise piesoelektrilise muundurina, ultraheli signaalide edastamine ja vastuvõtmine; Cymbal massiivi vastuvõtja asub kettapiesoelektrilise muunduril ja toimib ultraheli vastuvõtjana Doppleri kajasignaalide vastuvõtmiseks väljaspool kettamuunduri sagedusriba. Sobib ultraheli varustuseks.
Kuidas valida muundur:
1. Kuunduril peaks koormuse efektide vältimiseks olema kõrge sisendtakistus ja madal väljundtakistus.
2. Asutuja peaks olema soovitud signaali suhtes väga tundlik ja soovimatute signaalide suhtes tundetu.
3. Asutuja peaks olema võimeline töötama söövitavates keskkondades.
4. Ülekoormusele vastupidamiseks peaks ülekoormusekaitse olema ülekoormuskaitse.
