Introduzzjoni u Prinċipju ta 'Trasdutturi
Introduzzjoni għal transduċers ultrasoniċi:
Transducer huwa apparat elettroniku li jikkonverti l-enerġija minn forma għal oħra. Il-proċess tal-konverżjoni tal-enerġija minn forma għal oħra jissejjaħ transduction.
It-transduċers ultrasoniċi jikkonvertu l-output elettriku ta 'sors ta' enerġija fi output tal-vibrazzjoni. Din il-konverżjoni elettromekkanika tista 'tinkiseb permezz ta' ċeramika pjeżoelettrika (kif muri fil-figura hawn taħt) jew materjali manjetostrittivi. Iċ-ċeramika pjeżoelettrika huma l-qalba tat-transducers.
Ir-rekwiżiti tas-sensuri jiddependu mill-applikazzjoni. Ħafna rekwiżiti se jmorru kontra xulxin u jingħataw prijoritajiet differenti. Għalhekk, m'hemm l-ebda sett ta 'linji gwida li jistgħu jkopru r-rekwiżiti kollha, u hemm ħafna metodi differenti biex jinkisbu l-istess għan.
Minn perspettiva analitika, il-prestazzjoni tat-transducer tista 'tiġi mbassra biss b'mod ġenerali. Dan għaliex il-karatteristiċi taċ-ċeramika pjeżoelettrika ħafna drabi jiddependu ħafna fuq il-kundizzjonijiet tax-xogħol, inklużi t-temperatura, is-saħħa tal-kamp elettriku, prestress kompressiv statiku, stress dinamiku, numru ta 'ċikli ta' tagħbija, u ħin. Dawn il-kundizzjonijiet operattivi jistgħu jaffettwaw lil xulxin, u l-impatt ta 'dawn il-kundizzjonijiet ġeneralment mhux lineari. Barra minn hekk, ħafna karatteristiċi taċ-ċeramika pjeżoelettrika huma ortotropiċi u jistgħu jvarjaw bejn ċeramika pjeżoelettrika individwali u bejn lottijiet taċ-ċeramika pjeżoelettrika. Barra minn hekk, l-interazzjonijiet f'interfaces ta 'komponenti varji (bħal fil-ħjut) jistgħu jkunu diffiċli biex jiġu kkaratterizzati u l-koeffiċjent konvettiv tat-trasferiment tas-sħana użat għat-tkessiħ ta' l-arja jistgħu jiġu stmati biss. Għalhekk, il-biċċa l-kbira tal-proċessi tad-disinn jinvolvu testijiet sperimentali.
Prinċipju tax-xogħol ta 'transducer ultrasoniku:
It-transduċers ultrasoniċi jistgħu jinqasmu fi trasmettituri, riċevituri u transceivers skont il-funzjonijiet tagħhom, kif muri fil-Figura 1. Meta tieħu t-tħaddim ta 'transducer f'40 kHz bħala eżempju, il-frekwenza reżonanti (FR) tat-trasmettitur hija mfassla biex tiġi applikata biex tiġi applikata biex tkun applikata għal sinjali elettriċi fi frekwenzi viċin il-frekwenza operattiva, kif muri fil-Figura 2, sabiex tiġi ottimizzata l-effiċjenza tat-trasmissjoni. Għall-kuntrarju, il-frekwenza anti-reżonanti (FA) tar-riċevitur hija mfassla biex tkun qrib il-frekwenza ultrasonika riċevuta, kif muri fil-Figura 3, sabiex tiġi ottimizzata l-effiċjenza li tirċievi. Il-frekwenza tat-tħaddim tat-transceiver hija ddisinjata bejn il-frekwenza reżonanti (FR) u l-frekwenza kontra r-reżonanti (FA) tat-transceiver, kif muri fil-Figura 4. Aktar ma tkun għolja l-frekwenza operattiva tat-transducer, aħjar tkun ir-riżoluzzjoni, iżda l-iqsar il-firxa ta 'skoperta.
Sabiex il-mewġ ultrasoniku ġġenerati jiġu trasmessi b'mod effettiv minn ċeramika pjeżoelettrika għal oġġetti jew fluwidi (bħal fl-arja jew fl-ilma), l-impedenza akustika bejn iċ-ċeramika pjeżoelettrika u l-oġġetti jew fluwidi għandha tkun imqabbla permezz ta 'saff ta' tqabbil akustiku. Il-veloċità tal-ħoss u l-karatteristiċi ta 'impedenza akustika ta' sustanzi komuni huma kif ġej:
It-teħid ta 'transduċers ta' l-arja ultrasonika bħala eżempju, l-impedenza akustika ta 'ċeramika pjeżoelettrika hija ta' madwar 35 Mrayl (106 kg / m2 ∙ s), filwaqt li l-impedenza akustika ta 'l-arja hija baxxa daqs madwar 414 Rayl (kg / m2 ∙ s). Għalhekk, is-saff ta 'tqabbil akustiku jsir komponent essenzjali ta' transducers ultrasoniċi, imqiegħed bejn iċ-ċeramika pjeżoelettrika u l-arja biex jaqbel mal-impedenza akustika tagħhom u jittrasmetti b'mod effettiv l-enerġija ultrasonika fl-arja.
Il-valur ta 'impedenza akustika ideali għas-saff ta' tqabbil ta 'transducer tal-arja ultrasoniku huwa Rayl, bejn wieħed u ieħor 0. 122 Mrayl, iżda huwa diffiċli li ssib materjali b'impedenza akustika inqas minn 1 mrayl u durabilità. Fil-preżent, il-materjal ta 'saff ta' tqabbil akustiku użat b'mod komuni huwa materjal kompost magħmul minn matriċi tal-polimeru u trab vojta biex tinkiseb impedenza akustika aktar baxxa u affidabilità raġonevoli. Skond l-applikazzjoni, transducers ultrasoniċi jistgħu jintużaw jew fil-modalità ta 'riċeviment ta' trasmissjoni jew f'modalità ta 'riċeviment ta' trasmissjoni. Ta 'min jinnota li t-transducers bl-ultrasound inerenti għandhom karatteristiċi li jdoqq. Meta tfassal transduċers ultrasoniċi għall-kejl ta 'prossimità, idoqq tillimita d-distanza minima ta' skoperta. Ġeneralment, saff ta 'damping jintuża biex jerġa' jġib lura t-transducer ultrasoniku għal stat statiku u jnaqqas id-dħul.
Struttura ta 'transduċers ultrasoniċi:
It-transducer pjeżoelettriku ultrasoniku jinkludi akkomodazzjoni: saff ta 'tqabbil jew tieqa tal-ħoss, ċeramika pjeżoelettrika, rinforz, u kejbil li joħroġ, inkluż riċevitur ta' firxa cymbal, li jikkonsisti minn wajers li joħorġu, {8-16 transduċers taċ-ċimbri, ċrieki tal-metall, u gaskets tal-gomma; Ir-riċevitur tal-firxa cymbal jinsab 'il fuq mit-transducer pjeżoelettriku 3 tad-diska; Bl-użu ta 'transducer tad-diska taċ-ċeramika pjeżoelettrika bħala t-transducer pjeżoelettriku ultrasoniku bażiku, li jittrasmetti u jirċievi sinjali ultrasoniċi; Ir-riċevitur tal-firxa cymbal jinsab fuq it-transducer pjeżoelettriku tad-diska u jservi bħala riċevitur ultrasoniku biex jirċievi sinjali ta 'eku Doppler barra l-faxxa ta' frekwenza tat-transducer tad-diska. Adattat għal tagħmir ultrasoniku.
Kif tagħżel transducer:
1. It-transducer għandu jkollu impedenza għolja ta 'input u impedenza baxxa ta' ħruġ biex jevitaw effetti ta 'tagħbija.
2. It-transducer għandu jkun sensittiv ħafna għas-sinjal mixtieq u insensittiv għal sinjali mhux mixtieqa.
3. It-transducer għandu jkun jista 'jopera f'ambjenti korrużivi.
4. Iċ-ċirkwit tat-transducer għandu jkollu protezzjoni ta 'tagħbija żejda biex jiflaħ għal tagħbija żejda.
