Einführung in Ultraschallwandler:
Ein Wandler ist ein elektronisches Gerät, das Energie von einer Form in eine andere umwandelt. Der Prozess der Umwandlung der Energie von einer Form in eine andere wird als Transduktion bezeichnet.
Ultraschallwandler wandeln den elektrischen Ausgang einer Stromquelle in die Vibrationsleistung um. Diese elektromechanische Umwandlung kann durch piezoelektrische Keramik (wie in der Abbildung unten gezeigt) oder magnetostriktive Materialien erreicht werden. Piezoelektrische Keramik sind der Kern der Wandler.
Die Sensoranforderungen hängen von der Anwendung ab. Viele Anforderungen stehen in Konflikt miteinander und erhalten unterschiedliche Prioritäten. Daher gibt es keine Reihe von Richtlinien, die alle Anforderungen abdecken können, und es gibt viele verschiedene Methoden, um dasselbe Ziel zu erreichen.
Aus analytischer Sicht kann die Leistung des Wandlers nur allgemein vorhergesagt werden. Dies liegt daran, dass die Eigenschaften der piezoelektrischen Keramik häufig stark von Arbeitsbedingungen abhängen, einschließlich Temperatur, elektrischer Feldstärke, statischer Druckvorspannung, dynamischer Spannung, Anzahl der Lastzyklen und Zeit. Diese Betriebsbedingungen können sich gegenseitig beeinflussen, und die Auswirkungen dieser Bedingungen sind normalerweise nichtlinear. Darüber hinaus sind viele Merkmale der piezoelektrischen Keramik orthotrop und können zwischen einzelnen piezoelektrischen Keramiken und zwischen piezoelektrischen Keramik -Chargen variieren. Darüber hinaus können die Wechselwirkungen an verschiedenen Komponentenschnittstellen (z. B. bei Gewinnen) schwierig zu charakterisieren sein und der für die Luftkühlung verwendete konvektive Wärmeübertragungskoeffizient kann nur annähernd geschätzt werden. Daher beinhalten die meisten Designprozesse experimentelle Tests.
Arbeitsprinzip des Ultraschallwandlers:
Ultraschallwandler können in Sender, Empfänger und Transceiver nach ihren Funktionen unterteilt werden, wie in Abbildung 1 dargestellt. zu elektrischen Signalen bei Frequenzen in der Nähe der Betriebsfrequenz, wie in Abbildung 2 gezeigt, um die Übertragungseffizienz zu optimieren. Im Gegenteil, die Anti -Resonanz -Frequenz (FA) des Empfängers ist so ausgelegt, dass sie nahe an der empfangenen Ultraschallfrequenz liegt, wie in Abbildung 3 gezeigt, um die Empfangseffizienz zu optimieren. Die Betriebsfrequenz des Transceivers ist zwischen der Resonanzfrequenz (FR) und der Anti -Resonanzfrequenz (FA) des Transceivers ausgelegt, wie in Abbildung 4 gezeigt. Je höher die Betriebsfrequenz des Wandlers ist, desto besser die Auflösung, aber die kürzeren der Erkennungsbereich.
Damit die erzeugten Ultraschallwellen effektiv von piezoelektrischen Keramik auf Objekte oder Flüssigkeiten (wie in Luft oder Wasser) übertragen werden können, muss die akustische Impedanz zwischen piezoelektrischer Keramik und Objekten oder Flüssigkeiten durch eine akustische Übereinstimmung übereinstimmen. Die Schallgeschwindigkeit und akustische Impedanzeigenschaften gemeinsamer Substanzen sind wie folgt:
Als Beispiel beträgt die akustische Impedanz der piezoelektrischen Keramik beispielsweise ultrasonische Luftwandler etwa 35 Mrayl (106 kg/m2 ∙ s), während die akustische Impedanz von Luft nur etwa 414 Rayl (kg/m2 ∙ s) beträgt. Daher wird die akustische Matching -Schicht zu einer wesentlichen Komponente von Ultraschallwandlern, die zwischen piezoelektrische Keramik und Luft platziert werden, um ihrer akustischen Impedanz zu entsprechen und ultrasonische Energie effektiv in die Luft zu übertragen.
Der ideale akustische Impedanzwert für die passende Schicht eines Ultraschallluftwandlers lautet Rayl, ungefähr 0. 122 Mrayl, aber es ist schwierig, Materialien mit akustischer Impedanz unter 1 Mrayl und Haltbarkeit zu finden. Derzeit ist das häufig verwendete Material für akustische Matching -Schicht ein Verbundmaterial aus Polymermatrix und Hohlpulver, um eine geringere akustische Impedanz und angemessene Zuverlässigkeit zu erzielen. Gemäß der Anwendung können Ultraschallwandler entweder im Sendeemodus oder in einem Sendeemodus verwendet werden. Es ist zu beachten, dass Ultraschallwandler von Natur aus Klingeleigenschaften haben. Bei der Gestaltung von Ultraschallwandlern für die Messung der Nähe begrenzt das Klingeln den minimalen Erkennungsabstand. Im Allgemeinen wird eine Dämpfungsschicht verwendet, um den Ultraschallwandler schnell in einen statischen Zustand wiederherzustellen und das Klingeln zu reduzieren.
Struktur von Ultraschallwandlern:
Der ultraschallpiezoelektrische Wandler umfasst ein Gehäuse: ein passendes Schicht oder ein Schallfenster, ein piezoelektrisches Keramik, ein Rückhalt und ein ausgehendes Kabel, einschließlich eines Cymbal -Array -Empfängers, bestehend aus ausgehenden Kabel, 8-16 Cymbal -Transducern, Metallringen und Kautbergasketten; Der Cymbal Array -Empfänger befindet sich über dem Piezoelektrikum des Scheibenscheibens 3; Unter Verwendung von Piezoelektrik -Keramikscheibenwandler als grundlegende ultraschallpiezoelektrische Wandler, übertragen und empfangen Ultraschallsignale; Der Cymbal Array -Empfänger befindet sich am Scheibenpiezoelektrikum und dient als Ultraschallempfänger für den Empfang von Doppler -Echosignalen außerhalb des Frequenzbandes des Disc -Wandlers. Geeignet für Ultraschallgeräte.
So wählen Sie einen Wandler:
1. Der Wandler sollte eine hohe Eingangsimpedanz und eine niedrige Ausgangsimpedanz haben, um Lasteffekte zu vermeiden.
2. Der Wandler sollte sehr empfindlich gegenüber dem gewünschten Signal und unempfindlich gegenüber unerwünschten Signalen sein.
3. Der Wandler sollte in korrosiven Umgebungen arbeiten können.
4. Die Wandlerschaltung sollte Überlastschutz haben, um Überlastung standzuhalten.