Keitiklių įvadas ir principas

 

Įvadas į ultragarsinius keitiklius:

 

Keitiklis yra elektroninis prietaisas, kuris paverčia energiją iš vienos formos į kitą. Energijos konvertavimo iš vienos formos į kitą procesas vadinamas perdavimu.

Ultragarsiniai keitikliai paverčia maitinimo šaltinio elektrinį išėjimą į vibracijos išvestį. Šią elektromechaninę konversiją galima pasiekti naudojant pjezoelektrinę keramiką (kaip parodyta paveikslėlyje žemiau) arba magnetostrictuojančiose medžiagose. Pjezoelektrinė keramika yra keitiklių šerdis.

Jutiklio reikalavimai priklausys nuo programos. Daugybė reikalavimų prieštaraus vieni kitiems ir jiems bus skiriami skirtingi prioritetai. Todėl nėra jokių gairių, kurios galėtų aprėpti visus reikalavimus, ir yra daugybė skirtingų metodų, skirtų tam pačiam tikslui pasiekti.

Žvelgiant iš analitinės perspektyvos, keitiklio atlikimas gali būti numatytas tik bendrai. Taip yra todėl, kad pjezoelektrinės keramikos charakteristikos dažnai labai priklauso nuo darbo sąlygų, įskaitant temperatūrą, elektrinio lauko stiprumą, statinį gniuždomąją įtampą, dinaminį įtempį, apkrovos ciklų skaičių ir laiką. Šios darbo sąlygos gali paveikti viena kitą, o šių sąlygų poveikis paprastai yra netiesinis. Be to, daugelis pjezoelektrinės keramikos savybių yra ortotropinės ir gali skirtis tarp atskirų pjezoelektrinių keramikos ir tarp pjezoelektrinių keraminių partijų. Be to, gali būti sunku apibūdinti įvairių komponentų sąsajų sąveiką (pvz., Trienuose), o oro aušinimui naudojamas konvekcinis šilumos perdavimo koeficientas gali būti apskaičiuotas tik maždaug. Todėl dauguma projektavimo procesų apima eksperimentinį bandymą.

 

 

Ultragarso keitiklio darbo principas:

 

Ultragarsiniai keitikliai gali būti suskirstyti į siųstuvus, imtuvus ir siųstuvus, atsižvelgiant į jų funkcijas, kaip parodyta 1 paveiksle. Pavyzdys, kai keitiklio veikimas yra 40 kHz dažnis, pavyzdys, rezonansinis siųstuvo dažnis (FR) yra skirtas naudoti taip, kad būtų galima naudoti siųstuvo dažnį (FR) iki elektrinių signalų, esant artimo veikimo dažniui, kaip parodyta 2 paveiksle, siekiant optimizuoti perdavimo efektyvumą. Priešingai, imtuvo anti -rezonansinis dažnis (FA) yra suprojektuotas taip, kad būtų arti gauto ultragarso dažnio, kaip parodyta 3 paveiksle, siekiant optimizuoti gaunamąjį efektyvumą. Siųstuvų -imtuvo veikimo dažnis yra suprojektuotas tarp rezonansinio dažnio (FR) ir siųstuvo priešakyje esančio rezonansinio dažnio (FA), kaip parodyta 4 paveiksle. Kuo didesnis keitiklio veikimo dažnis, tuo geresnė skiriamoji geba, bet kuo trumpesnė Aptikimo diapazonas.

 

 

Kad sugeneruotos ultragarsinės bangos būtų veiksmingai perduodamos iš pjezoelektrinės keramikos į objektus ar skysčius (tokius kaip ore ar vandenyje), akustinė varža tarp pjezoelektrinės keramikos ir objektų ar skysčių turi būti suderinta per akustinį atitikimo sluoksnį. Garso greitis ir akustinė įprastų medžiagų varžos charakteristikos yra šios:

 

Kaip pavyzdį laikant ultragarso oro keitiklius, akustinė pjezoelektrinės keramikos varža yra apie 35 mrayl (106 kg/m2 ∙ s), o oro varža yra tokia maža, kaip maždaug 414 rayl (kg/m2 ∙ s). Todėl akustinis atitikimo sluoksnis tampa esminiu ultragarsinių keitiklių komponentu, išdėstytu tarp pjezoelektrinės keramikos ir oro, kad atitiktų jų akustinę varžą ir efektyviai perduotų ultragarsinę energiją į orą.

Idealios akustinės varžos reikšmė Ultragarsinio oro keitiklio suderinamam sluoksniui yra Rayl, maždaug 0. 122 Mrayl, tačiau sunku rasti medžiagų, kurių akustinė varža yra mažesnė nei 1 mrayl ir patvarumas. Šiuo metu dažniausiai naudojama akustinė suderinimo sluoksnio medžiaga yra kompozicinė medžiaga, pagaminta iš polimero matricos ir tuščiavidurių miltelių, kad būtų pasiekta mažesnė akustinė varža ir pagrįstas patikimumas. Remiantis programa, ultragarsiniai keitikliai gali būti naudojami perdavimo priėmimo režime arba perdavimo priėmimo režime. Reikėtų pažymėti, kad ultragarso keitikliai iš esmės turi skambėjimo savybes. Projektuojant ultragarsinius keitiklius artumo matavimui, skambėjimas riboja minimalų aptikimo atstumą. Paprastai slopinimo sluoksnis naudojamas greitai atkurti ultragarsinį keitiklį į statinę būseną ir sumažinti skambėjimą.

 

Ultragarsinių keitiklių struktūra:

 

Ultragarsinį pjezoelektrinį keitiklį sudaro korpusas: atitinkamas sluoksnis ar garso langas, pjezoelektrinės keramikos, palaikymo ir išeinančio kabelio, įskaitant cimbolo masyvo imtuvą, susidedantį iš išeinančių laidų, 8-16} cimbalinių keitiklių, metalinių žiedų ir guminių dujų; Cimbalinio masyvo imtuvas yra virš disko pjezoelektrinio keitiklio 3; Naudojant pjezoelektrinį keraminį disko keitiklį kaip pagrindinį ultragarsinį pjezoelektrinį keitiklį, perduodant ir gaunant ultragarsinius signalus; Cimbalinio masyvo imtuvas yra ant disko pjezoelektrinio keitiklio ir yra ultragarsinis imtuvas, skirtas gauti Doplerio aido signalus, esančius už disko keitiklio dažnių juostos. Tinka ultragarsinei įrangai.

 

Kaip pasirinkti keitiklį:

 

1. Keitiklis turėtų turėti didelę įvesties varžą ir mažą išėjimo varžą, kad būtų išvengta apkrovos efektų.

2. Keitiklis turėtų būti labai jautrus norimam signalui ir nejautriam nepageidaujamam signalams.

3. Keitiklis turėtų sugebėti veikti korozinėje aplinkoje.

4. Keitiklio grandinėje turėtų būti apsaugota nuo perkrovos, kad būtų galima atlaikyti perkrovą.