Introduktion og princip om transducere
Introduktion til ultralyds transducere:
En transducer er en elektronisk enhed, der konverterer energi fra en form til en anden. Processen med at konvertere energi fra en form til en anden kaldes transduktion.
Ultrasoniske transducere konverterer den elektriske output fra en strømkilde til vibrationsudgang. Denne elektromekaniske konvertering kan opnås gennem piezoelektrisk keramik (som vist i figuren herunder) eller magnetostriktive materialer. Piezoelektrisk keramik er kernen i transducere.
Sensorkravene afhænger af applikationen. Mange krav vil være i konflikt med hinanden og få forskellige prioriteter. Derfor er der ikke noget sæt retningslinjer, der kan dække alle krav, og der er mange forskellige metoder til at nå det samme mål.
Fra et analytisk perspektiv kan transducerens ydelse kun forudsiges på en generel måde. Dette skyldes, at egenskaberne ved piezoelektrisk keramik ofte er meget afhængige af arbejdsvilkårene, herunder temperatur, elektrisk feltstyrke, statisk trykforbindelse, dynamisk stress, antal belastningscyklusser og tid. Disse driftsbetingelser kan påvirke hinanden, og virkningen af disse forhold er normalt ikke -lineære. Derudover er mange egenskaber ved piezoelektrisk keramik ortotropisk og kan variere mellem individuelle piezoelektriske keramik og mellem piezoelektriske keramiske batches. Derudover kan interaktionerne ved forskellige komponentgrænseflader (såsom ved tråde) være vanskelige at karakterisere, og den konvektive varmeoverførselskoefficient, der bruges til luftkøling, kan kun estimeres tilnærmelsesvis. Derfor involverer de fleste designprocesser eksperimentel test.
Arbejdsprincip for ultralyds transducer:
Ultrasoniske transducere kan opdeles i sendere, modtagere og transceivere i henhold til deres funktioner, som vist i figur 1. Tagning af en transducer ved 40 kHz som et eksempel er resonansfrekvensen (FR) af senderen designet til at blive anvendt til elektriske signaler ved frekvenser tæt på driftsfrekvensen, som vist i figur 2, for at optimere transmissionseffektiviteten. Tværtimod er modtagerens anti -resonans (FA) designet til at være tæt på den modtagne ultralydsfrekvens, som vist i figur 3, for at optimere modtagelseseffektiviteten. Driftsfrekvensen for transceiveren er designet mellem resonansfrekvensen (FR) og anti -resonansfrekvensen (FA) for transceiveren, som vist i figur 4. Jo højere driftsfrekvens for transduceren er, jo bedre er opløsningen, men jo kortere detektionsområdet.
For at de genererede ultralydsbølger kan overføres effektivt fra piezoelektrisk keramik til genstande eller væsker (såsom luft eller vand), skal det akustiske impedans mellem piezoelektrisk keramik og genstande eller væsker matches gennem et akustisk matchende lag. Lydhastigheden og den akustiske impedansegenskaber for almindelige stoffer er som følger:
Ved at tage ultralyds lufttransducere som eksempel er den akustiske impedans af piezoelektrisk keramik ca. 35 mrayl (106 kg/m2 ∙ s), mens den akustiske luftimpedans er så lav som ca. 414 rayl (kg/m2 ∙ s). Derfor bliver det akustiske matchende lag en væsentlig komponent i ultralyds -transducere, placeret mellem piezoelektrisk keramik og luft for at matche deres akustiske impedans og effektivt transmittere ultralydsenergi i luften.
Den ideelle akustiske impedansværdi for det matchende lag af en ultralyds lufttransducer er Rayl, ca. 0. 122 Mrayl, men det er vanskeligt at finde materialer med akustisk impedans lavere end 1 MRAYL og holdbarhed. På nuværende tidspunkt er det almindeligt anvendte akustiske matchende lagmateriale et sammensat materiale lavet af polymermatrix og hulpulver for at opnå lavere akustisk impedans og rimelig pålidelighed. I henhold til applikationen kan ultralydstransducere bruges i enten en transmission modtagelsestilstand eller en transmission modtagelsestilstand. Det skal bemærkes, at ultralydtransducere iboende har ringende egenskaber. Når man designer ultralydstransducere til nærhedsmåling, begrænser ringing af minimumsdetekteringsafstand. Generelt bruges et dæmpningslag til hurtigt at gendanne den ultralyds transducer til en statisk tilstand og reducere ringning.
Struktur af ultralyds transducere:
Den ultralyds piezoelektriske transducer består af et hus: et matchende lag eller lydvindue, piezoelektrisk keramik, bagside og udgående kabel, inklusive en cymbal array -modtager, bestående af udadvendte ledninger, 8-16 cymbal transducere, metalringe og gummi -pakker; Cymbal -array -modtageren er placeret over disken piezoelektrisk transducer 3; Ved hjælp af piezoelektrisk keramisk disktransducer som den grundlæggende ultralyds piezoelektriske transducer, transmission og modtagelse af ultralydssignaler; Cymbal Array -modtageren er placeret på Disc Piezoelectric transducer og fungerer som en ultralydsmodtager til modtagelse af Doppler -ekko -signaler uden for frekvensbåndet på disktransduceren. Velegnet til ultralydsudstyr.
Sådan vælger du en transducer:
1.. Transduceren skal have høj inputimpedans og lav outputimpedans for at undgå belastningseffekter.
2. transduceren skal være meget følsom over for det ønskede signal og ufølsomme over for uønskede signaler.
3.. Transduceren skal være i stand til at operere i ætsende miljøer.
4. Transducer -kredsløbet skal have overbelastningsbeskyttelse for at modstå overbelastning.
