|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
страницы:
1
2
3
Текущая страница: 1
|
|
Содержание
1. Техническое задание
3
2. Выбор конструкции и материала преобразователя
4
3. Расчет элементов излучателя
9
3.1. Выбор материала и конструкции
9
3.2. Расчет параметров преобразователя
10
3.3. Расчет параметров ПЭ преобразователя
13
3.3.1. Расчет энергетических характеристик преобразователя
13
4. Конструкция преобразователя
17
Литература
18
1. Техническое задание
Необходимо выбрать конструкцию и материал преобразователя, который работает в воздушной среде в импульсном режиме, способен излучать большую удельную мощность в диапазоне частот 25-45 Кгц.
Выбор конструкции и материала преобразователя
Чтобы реализовать данные условий целесообразно использовать биморфный преобразователь, работающий на принципе изгибных колебаний, данный излучатель способен работать на высоких частотах и излучать большую удельную мощность.
Простейший биморфный элемент представляет собой две склеенные пьезоэлектриче ские пластины, свободно опертые по периметру (рис, 1а). Поскольку знак деформации (сжатие или растяжение) зависит от полярности электрического напряжения, то электроды мож но соединить так, что под действием переменного напряжения одна пластина будет стремиться растягиваться, а другая — сжи маться, в результате создается изгибающий момент и пластины будут изгибаться (рис. 1,а).
Поперечные колебания изги ба дают возможность получить малогабаритную колебательную систему и преобразователь в це лом. На рис. 1,6 показан дис ковый пластинчатый преобразователь, состоящий из металлического диска 1 (для упрочнения) и двух приклееных к нему круглых пьезобиморфных пластин 2; колебательная система помещена в корпус 3, нижняя пластина – в заливочную массу 4.
Принцип действия. Для возбуждения колебаний изгиба ме ханической системы в режиме излучения необходимо создать в ее поперечных сечениях изгибающие моменты. Для обеспечения режима приема надо соединить электроды таким образом, чтобы именно механические напряжения, вызванные деформациями из гиба пластин, преобразовывались в электрические сигналы.
Этим требованиям отвечают механические колебательные си стемы в виде биморфных элементов, состоящих из разнородных пластин, жестко связанных плоскостями, и отличающихся элек трическими или механическими свойствами. Если в одной из пластин создать напряжения сжатия Т, укорачивающие ее дли ну, одновременно в другой—напряжения растяжения, растяги вающие ее, то возникнут изгибающие моменты М относительно срединной плоскости пластин (рис. 1, а).
При приеме под действием падающей акустической волны биморфный элемент изгибается на несущих опорах и в пьезокерамических пластинах возникают механические напряжения Т, преобразуемые ими в электрические сигналы (рис. 2,б).
Если для создания механических колебаний (или преобразо вания механических напряжений в электрические сигналы) ис пользуют пьезоэлектрические пластины, электроды в биморфном элементе надо соединить определенным образом. При этом необ ходимо учитывать взаимные направления полей первоначальной поляризации пластин (вектор Ео), возникающих механических напряжений -(Т) и напряженности внешнего рабочего электриче ского (вектор Ео).
Рис.1. Схема конструкции преобразователя работающего на колебаниях изгиба
Варианты соединения электродов в биморфном элементе, об разованном пьезокерамическими пластинами, приведены на рис. 4.16, а, б. Полярность электрических зарядов, возникающих на электродах 3, показана условно. Отличия в электрических свойствах соединяемых пьезопластин создаются выбором взаим ных направлений полей поляризации Еу к рабочего Е. Если на правления вектора ?o и мгновенное значение вектора Е в одной из пластин совпадают, то в ней возникнут механические напря жения одного направления (например, сжатия), в этот момент в другой пластине, где Ец и Е направлены встречно, возникнут напряжения противоположные (растяжения). Этим и обусловлено создание изгибающего момента в поперечных сечениях пластин.
Рис. 2. Способы соединения пластин в преобразователе
Па рис.2,а показан биморфный элемент в виде соедине ния двух пластин, одна (1) из которых пьезоактивна, другая (2) изготовлена из пассивного материала, например металла или ди электрика, Изгибающий момент в таком биморфном элементе возникает при создании электрического поля (и деформации) в пластине 1, при этом пластина 2, называемая подложкой, не из меняет своих размеров. В режиме приема деформация изгиба пластины / вызывает механические напряжения, которые приво дят к появлению разности потенциалов на электродах 3. Подоб ную колебательную систему называют полупассивной.
Таковы физические предпосылки создания механических ко лебательных систем, реализующих принцип действия пластинча тых преобразователей.
На практике для наибольшей эффективности пластинчатых преобразователей стремятся создать условия закрепления би морфных элементов, близкие к свободному опиранию краев.
Так, для одного и того же прямоугольного биморфного элемента при двух свободно опертых краях и двух свободных собственное чис ло для низшей частоты Xi = 3,14, а при двух жестко заделан ных краях—Xi -= 4,73, что соответствует различию их резонанс ных частот в (4,73/3,14)2 = 2,27 раза.
Текущая страница: 1
|
|
|
|
|
 |
Предмет: Физика
|
 |
Тема: Расчет преобразователя |
 |
Ключевые слова: Радиоэлектроника компьютеры и периферийные устройства, устройства, Расчет, биморфный, компьютеры, Радиоэлектроника, периферийные, преобразователя, трансформация, схема, Расчет преобразователя, пластина, биморфный пластина трансформация схема |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
