回顾:聚焦超声换能器的主要核心元器件主要为三个分别是:匹配层、压电陶瓷换能器片、背衬。通过有方向和周期切换的电压施加在换能器片的两端,使其振荡;匹配层进行匹配(声阻抗的计算匹配方式等下再说),保证高效的声传播;背衬的作用就是吸声且减少脉冲持续时间(就是振荡衰减过程)。
我不理解的问题:
1、给定换能器的工作频率、聚焦深度、耐压后,怎么计算怎么去通过计算获得一个压电陶瓷换能器片?
通过翻阅资料找到了一个计算公式,感觉只是懂了,但是又不太懂,希望有人懂可以留言教一下很感谢
计算公式如下:
计算频率需要介电常数:介电常数又受温度、频率和材料成分进行影响,难道是使用固定频率、温度和材料成分去得到一个常数。
弹性模量应该是与温度和材料成分相关,应该也可以当做一个常数,因此频率应该就是厚度决定了。
但是具体的决定因素还不了解,同时压电常数、机电耦合系数、机械品质因素也会影响性能,应该需要综合考虑吧。
2、为什么匹配层是1/4波长的厚度进行匹配?
换能器压电陶瓷片、匹配层和背衬的设计原理和设计过程,通过总结学习如下:
1、换能器压电陶瓷片感觉主要就是看PZT(锆钛酸铅)感觉是不同配比、不同组成成分,后续应该可以通过需求去选取材料。好像压电陶瓷极化会影响振动方向和施加电压的方向,这个需要去了解一下,虽然感觉懂但是又不懂。
2、1-3型压电复合材料是通过将压电陶瓷片做成那种梳子的形状很多小柱,然后在其中填充环氧树脂和聚合物的形式,应该也是可以改变材料和配比。作用是减少横向的振动,加强纵向振动,提高压电常数d33(其实就是因为类似石英晶体六面结构,然后定义XYZ空间方向所定义的d11、d22、d33),区别应该就是这些吧。
3、匹配层和背衬的作用,按着我昨天的理解应该是没错的。不过其中的关于匹配层的理论原理主要由几个常用的计算方式,单层匹配的话,汇总如下
3.1 经典理论 :就是Z2=sqrt(Z1*Z3)
3.2 KLM理论:
3.3 Mason理论:和KLM一致
通过得到所需的匹配层的参数,后续就需要调节匹配层的材料和配比去实现,其中测量方式就是脉冲回波,就是同时计算延时去计算,匹配层的工艺就是使用浇铸法就是通过模型去进行制造。
3.4 匹配层和背衬的材料就是环氧树脂和一些聚合物比如氧化铝、氮化铝、钨粉通过改变成分和配比去实现所要求的高衰减、低阻抗其实就是使换能器片和接触的水或者人体的那一路过度均匀,达到声阻抗匹配的过程,减少路程过程中损耗的作用,提高能量传递的效率。背衬的作用就是减少背面的振动的影响,主要考虑的因素就是声衰减和声阻抗(通常为2-10MRayls).声衰减主要考虑吸收衰减和散射衰减影响的衰减系数。
通过此对于换能器的主要核心部件进行了最基础的了解,但是我觉得最主要的问题还是在工艺的实现才是最关键的,但是文献一般集中在理论和新型的材料配比的研究,对于工艺和注意事项较少,感觉需要全部去理解还挺困难的。其中对于如何去实现两个电极的叠加和后续引线对于阻抗的影响也是很重要的,也需要去学习了解,这些完全不懂,文献基本还没有进行讲述,感觉也是工艺的影响,感觉对于工艺还需要看看有啥渠道可以进行全面且深入的学习才可以懂。
还有就是换能器的其他一些参数的确定也需要去学习。明天继续学习