Transceptor ultrasónico con un piezocompuesto regular/periódico 1-3 basado en el modo de resonancia SAW sobre un respaldo de amortiguación
Autores: Mezheritsky, Alex
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Transceptor ultrasónico con un piezocompuesto regular/periódico 1-3 basado en el modo de resonancia SAW sobre un respaldo de amortiguación
Categoría
Artes
Subcategoría
Música
Palabras clave
Descubierto
Modo vibracional
Transductor
Piezocompuesto
Resonancia
SAW
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 14
Citaciones: Sin citaciones
Se descubrió un nuevo modo vibracional efectivo en el transductor convencional con un arreglo de varillas piezoeléctricas regulares ortogonales (cuadradas) en un piezocompuesto 1-3, que contiene capas de amortiguación y de adaptación en la parte frontal. La resonancia operativa en la estructura se determinó como la Onda Acústica Superficial (SAW) en el límite de respaldo excitada por las varillas piezoeléctricas adyacentes, con una frecuencia típicamente cerca de 3 veces más baja que la resonancia fundamental de medio lambda del piezocompuesto convencional. La sensibilidad de pulso-eco y el nivel de presión sonora (SPL) en aire mostraron que la intensidad de la señal es aproximadamente comparable a la de los transductores de aire industriales similares en el rango de frecuencia de 100-700 kHz, donde a estas frecuencias las dimensiones laterales y longitudinales de los piezoelementos en el diseño convencional del transductor suelen estar cerca unas de otras, causando interferencia con modos de acoplamiento no deseados. Como se determinó teóricamente y se demostró en experimentos, el efecto de resonancia SAW en el rendimiento del transductor es inherente solo a la estructura periódica regular del piezocompuesto 1-3 y no ocurre ni con varillas piezoeléctricas ubicadas/orientadas aleatoriamente ni en la placa piezoeléctrica homogénea, al menos con la misma sección transversal lateral que la del respaldo conectado. El propósito del artículo es investigar un nuevo modo vibracional operativo del tipo SAW en el piezocompuesto regular 1-3, diferente de la resonancia piezoeléctrica. Los fenómenos investigados pueden mejorar la sensibilidad y el ancho de banda del transceptor, proporcionando un voltaje de alimentación más bajo y transductores ultrasónicos de menor tamaño y peso. Basado en los piezocompuestos con grosores de 1-1.5 mm (resonancia de varilla cerca de 2-3 MHz), ancho de pilar de 0.2-0.8 mm, ancho de corte de 0.1-0.4 mm, se diseñaron y fabricaron transceptores con una frecuencia de operación de 140 kHz a 650 kHz con un respaldo convencional de una mezcla de polvo de tungsteno de alta densidad y epoxi y una capa de adaptación de una mezcla de burbujas de vidrio de baja densidad y epoxi. La evaluación experimental de su rendimiento acústico mostró características esperadas adecuadas para aplicaciones prácticas.
Descripción
Se descubrió un nuevo modo vibracional efectivo en el transductor convencional con un arreglo de varillas piezoeléctricas regulares ortogonales (cuadradas) en un piezocompuesto 1-3, que contiene capas de amortiguación y de adaptación en la parte frontal. La resonancia operativa en la estructura se determinó como la Onda Acústica Superficial (SAW) en el límite de respaldo excitada por las varillas piezoeléctricas adyacentes, con una frecuencia típicamente cerca de 3 veces más baja que la resonancia fundamental de medio lambda del piezocompuesto convencional. La sensibilidad de pulso-eco y el nivel de presión sonora (SPL) en aire mostraron que la intensidad de la señal es aproximadamente comparable a la de los transductores de aire industriales similares en el rango de frecuencia de 100-700 kHz, donde a estas frecuencias las dimensiones laterales y longitudinales de los piezoelementos en el diseño convencional del transductor suelen estar cerca unas de otras, causando interferencia con modos de acoplamiento no deseados. Como se determinó teóricamente y se demostró en experimentos, el efecto de resonancia SAW en el rendimiento del transductor es inherente solo a la estructura periódica regular del piezocompuesto 1-3 y no ocurre ni con varillas piezoeléctricas ubicadas/orientadas aleatoriamente ni en la placa piezoeléctrica homogénea, al menos con la misma sección transversal lateral que la del respaldo conectado. El propósito del artículo es investigar un nuevo modo vibracional operativo del tipo SAW en el piezocompuesto regular 1-3, diferente de la resonancia piezoeléctrica. Los fenómenos investigados pueden mejorar la sensibilidad y el ancho de banda del transceptor, proporcionando un voltaje de alimentación más bajo y transductores ultrasónicos de menor tamaño y peso. Basado en los piezocompuestos con grosores de 1-1.5 mm (resonancia de varilla cerca de 2-3 MHz), ancho de pilar de 0.2-0.8 mm, ancho de corte de 0.1-0.4 mm, se diseñaron y fabricaron transceptores con una frecuencia de operación de 140 kHz a 650 kHz con un respaldo convencional de una mezcla de polvo de tungsteno de alta densidad y epoxi y una capa de adaptación de una mezcla de burbujas de vidrio de baja densidad y epoxi. La evaluación experimental de su rendimiento acústico mostró características esperadas adecuadas para aplicaciones prácticas.