Cyflwyniad ac Egwyddor Transducers

Jul 18, 2024

Cyflwyniad i Transducers Ultrasonic:

Mae transducer yn ddyfais electronig sy'n trosi egni o un ffurflen i'r llall. Gelwir y broses o drosi egni o un ffurflen i'r llall yn drosglwyddiad.

Mae transducers ultrasonic yn trosi allbwn trydanol ffynhonnell pŵer yn allbwn dirgryniad. Gellir cyflawni'r trawsnewidiad electromecanyddol hwn trwy gerameg piezoelectric (fel y dangosir yn y ffigur isod) neu ddeunyddiau magnetostrictive. Cerameg piezoelectric yw craidd transducers.

Bydd y gofynion synhwyrydd yn dibynnu ar y cais. Bydd llawer o ofynion yn gwrthdaro â'i gilydd ac yn cael gwahanol flaenoriaethau. Felly, nid oes set o ganllawiau a all gwmpasu'r holl ofynion, ac mae yna lawer o wahanol ddulliau i gyflawni'r un nod.

O safbwynt dadansoddol, dim ond mewn ffordd gyffredinol y gellir rhagweld perfformiad y transducer. Mae hyn oherwydd bod nodweddion cerameg piezoelectric yn aml yn ddibynnol iawn ar amodau gwaith, gan gynnwys tymheredd, cryfder maes trydan, prestres cywasgol statig, straen deinamig, nifer y cylchoedd llwyth, ac amser. Gall yr amodau gweithredu hyn effeithio ar ei gilydd, ac mae effaith yr amodau hyn fel arfer yn aflinol. Yn ogystal, mae llawer o nodweddion cerameg piezoelectric yn orthotropig a gallant amrywio rhwng cerameg piezoelectric unigol a rhwng sypiau cerameg piezoelectric. Yn ogystal, gall fod yn anodd nodweddu'r rhyngweithiadau ar wahanol ryngwynebau cydran (megis mewn edafedd) a dim ond amcangyfrif y gellir amcangyfrif y cyfernod trosglwyddo gwres darfudol a ddefnyddir ar gyfer oeri aer. Felly, mae'r mwyafrif o brosesau dylunio yn cynnwys profion arbrofol.

Ultrasonic Transducer 1

Egwyddor Weithio Transducer Ultrasonic:

Gellir rhannu transducers ultrasonic yn drosglwyddyddion, derbynyddion a thransceivers yn ôl eu swyddogaethau, fel y dangosir yn Ffigur 1. Gan gymryd gweithrediad transducer ar 40 kHz fel enghraifft, mae amledd soniarus (FR) y trosglwyddydd wedi'i gynllunio i'w gymhwyso i signalau trydanol ar amleddau sy'n agos at yr amledd gweithredu, fel y dangosir yn Ffigur 2, er mwyn gwneud y gorau o'r effeithlonrwydd trosglwyddo. I'r gwrthwyneb, mae amledd gwrth soniarus (FA) y derbynnydd wedi'i gynllunio i fod yn agos at yr amledd ultrasonic a dderbynnir, fel y dangosir yn Ffigur 3, er mwyn gwneud y gorau o'r effeithlonrwydd derbyn. Dyluniwyd amledd gweithredu'r transceiver rhwng yr amledd soniarus (FR) ac amledd gwrth soniarus (FA) y transceiver, fel y dangosir yn Ffigur 4. Po uchaf yw amledd gweithredu'r transducer, y gorau yw'r penderfyniad, ond y byrrach yr ystod canfod.

Ultrasonic Transducer 3

Er mwyn i'r tonnau ultrasonig a gynhyrchir gael eu trosglwyddo'n effeithiol o gerameg piezoelectric i wrthrychau neu hylifau (fel mewn aer neu ddŵr), rhaid cyfateb y rhwystriant acwstig rhwng cerameg piezoelectric a gwrthrychau neu hylifau neu hylifau trwy haen paru acwstig. Mae cyflymder sain a nodweddion rhwystriant acwstig sylweddau cyffredin fel a ganlyn:

Ultrasonic Transducer 2

Gan gymryd transducers aer ultrasonic fel enghraifft, mae rhwystriant acwstig cerameg piezoelectric tua 35 maryl (106 kg/m2 ∙ s), tra bod rhwystriant acwstig aer mor isel â thua 414 rayl (kg/m2 ∙ s). Felly, mae'r haen paru acwstig yn dod yn rhan hanfodol o drosglwyddyddion ultrasonic, wedi'i gosod rhwng cerameg piezoelectric ac aer i gyd -fynd â'u rhwystriant acwstig a throsglwyddo egni ultrasonic i'r awyr yn effeithiol.

Y gwerth rhwystriant acwstig delfrydol ar gyfer haen baru transducer aer ultrasonic yw Rayl, oddeutu 0. 122 maryl, ond mae'n anodd dod o hyd i ddeunyddiau â rhwystriant acwstig yn is nag 1 mrayl a gwydnwch. Ar hyn o bryd, mae'r deunydd haen paru acwstig a ddefnyddir yn gyffredin yn ddeunydd cyfansawdd wedi'i wneud o fatrics polymer a phowdr gwag i gyflawni rhwystriant acwstig is a dibynadwyedd rhesymol. Yn ôl y cais, gellir defnyddio transducers ultrasonic naill ai mewn modd derbyn trosglwyddo neu fodd derbyn trosglwyddo. Dylid nodi bod gan transducers uwchsain nodweddion canu yn ei hanfod. Wrth ddylunio transducers ultrasonic ar gyfer mesur agosrwydd, mae canu yn cyfyngu ar y pellter canfod lleiaf. Yn gyffredinol, defnyddir haen dampio i adfer y transducer ultrasonic yn gyflym i gyflwr statig a lleihau canu.

Strwythur transducers ultrasonic:

The ultrasonic piezoelectric transducer comprises a housing: a matching layer or sound window, piezoelectric ceramic, backing, and outgoing cable, including a cymbal array receiver, consisting of outgoing wires, 8-16 cymbal transducers, metal rings, and rubber gaskets; Mae'r derbynnydd arae symbal wedi'i leoli uwchben y transducer piezoelectric disg 3; Defnyddio transducer disg cerameg piezoelectric fel y transducer piezoelectric ultrasonic sylfaenol, gan drosglwyddo a derbyn signalau ultrasonic; Mae'r derbynnydd arae symbal wedi'i leoli ar y transducer disg piezoelectric ac mae'n gwasanaethu fel derbynnydd ultrasonic ar gyfer derbyn signalau adleisio Doppler y tu allan i fand amledd y transducer disg. Yn addas ar gyfer offer ultrasonic.

Ultrasonic Transducer 2