Ievads un devēju princips
Ievads ultraskaņas devējus:
Pārveidotājs ir elektroniska ierīce, kas enerģiju pārveido no vienas formas uz otru. Enerģijas konvertēšanas procesu no vienas formas uz otru sauc par transdukciju.
Ultraskaņas devēji pārveido jaudas avota elektrisko izvadi vibrācijas izejā. Šo elektromehānisko pārvēršanu var panākt, izmantojot pjezoelektrisko keramiku (kā parādīts zemāk redzamajā attēlā) vai magnetostrictīvos materiālus. Pjezoelektriskā keramika ir devēju kodols.
Sensora prasības būs atkarīgas no lietojumprogrammas. Daudzas prasības būs pretrunā viena ar otru un tiks piešķirtas atšķirīgas prioritātes. Tāpēc nav pamatnostādņu kopuma, kas varētu ietvert visas prasības, un ir daudz dažādu metožu, lai sasniegtu to pašu mērķi.
Raugoties no analītiskā viedokļa, devēja veiktspēju var paredzēt tikai vispārējā veidā. Tas notiek tāpēc, ka pjezoelektriskās keramikas īpašības bieži ir ļoti atkarīgas no darba apstākļiem, ieskaitot temperatūru, elektriskā lauka stiprību, statisku spiedes priekšspriegumu, dinamisko spriegumu, slodzes ciklu skaitu un laiku. Šie darbības apstākļi var ietekmēt viens otru, un šo nosacījumu ietekme parasti ir nelineāra. Turklāt daudzas pjezoelektriskās keramikas īpašības ir ortotropiskas, un atsevišķās pjezoelektriskajā keramikā un starp pjezoelektriskajām keramikas partijām var atšķirties. Turklāt var būt grūti raksturot mijiedarbību dažādās komponentu saskarnēs (piemēram, uz pavedieniem), un gaisa dzesēšanai izmantoto konvektīvo siltuma pārneses koeficientu var tikai aptuveni aprēķināt. Tāpēc vairums projektēšanas procesu ir saistīti ar eksperimentālu pārbaudi.
Darba ultraskaņas devēja princips:
Ultraskaņas devējus var iedalīt raidītājiem, uztvērējiem un raiduztvērējiem atbilstoši to funkcijām, kā parādīts 1. attēlā. Piemēram. elektriskajiem signāliem frekvencēs, kas atrodas tuvu darba frekvencei, kā parādīts 2. attēlā, lai optimizētu pārraides efektivitāti. Tieši pretēji, uztvērēja anti -rezonanses frekvence (FA) ir paredzēta, lai būtu tuvu saņemtajai ultraskaņas frekvencei, kā parādīts 3. attēlā, lai optimizētu saņemšanas efektivitāti. Darba uzņēmēja darbības frekvence ir veidota starp rezonanses frekvenci (FR) un raiduztvērēja anti -rezonanses frekvenci (FA), kā parādīts 4. attēlā. Jo augstāks ir devēja darba frekvence, jo labāka izšķirtspēja, bet, jo īsāks noteikšanas diapazons.
Lai radītie ultraskaņas viļņi tiktu efektīvi pārnesti no pjezoelektriskās keramikas uz objektiem vai šķidrumiem (piemēram, gaisā vai ūdenī), akustiskā pretestība starp pjezoelektrisko keramiku un objektiem vai šķidrumiem jāsaskaņo caur akustisko atbilstības slāni. Parasto vielu skaņas ātruma un akustiskās pretestības īpašības ir šādas:
Izmantojot ultraskaņas gaisa devējus kā piemēru, pjezoelektriskās keramikas akustiskā pretestība ir aptuveni 35 Mrayl (106 kg/m2 ∙ s), savukārt gaisa akustiskā pretestība ir tik zema kā ap 414 Rayl (kg/m2 ∙ s). Tāpēc akustiskā saskaņošanas slānis kļūst par būtisku ultraskaņas devēju sastāvdaļu, kas novietots starp pjezoelektrisko keramiku un gaisu, lai tas atbilstu to akustiskajai pretestībai un efektīvi pārraidīt ultraskaņas enerģiju gaisā.
Ideāla akustiskā pretestības vērtība ultraskaņas gaisa devēja atbilstošajam slānim ir Rayl, aptuveni 0. 122 Mrayl, taču ir grūti atrast materiālus ar akustisko pretestību zemāk par 1 mrayl un izturību. Pašlaik parasti izmantotais akustiskās atbilstības slāņa materiāls ir kompozītmateriāls, kas izgatavots no polimēru matricas un doba pulvera, lai sasniegtu zemāku akustisko pretestību un saprātīgu uzticamību. Saskaņā ar lietojumprogrammu ultraskaņas devējus var izmantot vai nu pārraides režīmā, vai pārraides saņemšanas režīmā. Jāatzīmē, ka ultraskaņas devējiem pēc būtības ir zvana pazīmes. Projektējot ultraskaņas devējus tuvuma mērīšanai, zvanīšana ierobežo minimālo noteikšanas attālumu. Parasti slāpēšanas slānis tiek izmantots, lai ātri atjaunotu ultraskaņas devēju statiskā stāvoklī un samazinātu zvana signālu.
Ultraskaņas devēju struktūra:
Ultraskaņas pjezoelektriskais devējs satur korpusu: atbilstošu slāni vai skaņas logu, pjezoelektrisko keramiku, pamatni un izejošo kabeli, ieskaitot cimbāla masīva uztvērēju, kas sastāv no izejošajiem vadiem, 8-16 cimbalu pārsūtītājiem, metāla gredzeniem un gumijas. Cimbālā masīva uztvērējs atrodas virs diska pjezoelektriskā devēja 3; Izmantojot pjezoelektrisko keramikas disku devēju, kā pamata ultraskaņas pjezoelektrisko devēju, pārraidot un saņemot ultraskaņas signālus; Cimbālā masīva uztvērējs atrodas uz diska pjezoelektriskā devēja un kalpo kā ultraskaņas uztvērējs Doplera atbalss signālu saņemšanai ārpus diska devēja frekvences joslas. Piemērots ultraskaņas aprīkojumam.
Kā izvēlēties devēju:
1., lai izvairītos no slodzes efektiem, pārveidotājam jābūt ar lielu ieejas pretestību un zemu izejas pretestību.
2. Transduktam jābūt ļoti jutīgam pret vēlamo signālu un nejūtīgu pret nevēlamiem signāliem.
3. Transduktam jāspēj darboties kodīgā vidē.
4. Devikera ķēdei jābūt pārslodzes aizsardzībai, lai izturētu pārslodzi.
