بررسی مدهای ارتعاشی حسگرهای پیزوالکتریک در ترانسدیوسرهای سونار

در این مقاله در ابتدا با معرفی مدهای مختلف ارتعاشی در پیزوالکتریک های حلقوی و دیسکی به محاسبه خصوصیات الکتریکی آن‌ها پرداخته ایم. نتایج شبیه سازی با نتایج اندازه گیری دو نمونه پیزوالکتریک مقایسه شده و پس از تائید صحت نتایج حاصله، خروجی‌های بدست آمده مورد ارزیابی و نقد قرار گرفته‌اند. تکنیک به کارگرفته شده در این تحقیق اعمال روش تحلیلی روی مشخصه‌های فیزیکی در این نوع پیزوسرامیکها می‌باشد، که به حصول روابط الکتروآکوستیکی مورد نظر می‌انجامد. روابط مذکور در نهایت در یک پروسه شبیه سازی قبل از ساخت، به کار گرفته شده و از نتایج آن در افزایش دقت و ساده سازی روند ساخت پیزوسرامیکها و مبدل‌های آکوستیکی استفاده می‌شود. ویژگی مهم این روش پیش بینی مشخصه‌های الکتروآکوستیکی، توانایی تشخیص دقیق فرکانس رزنانس و آنتی رزنانس با توجه به ابعاد و جنس سرامیک‌های پیزوالکتریک بدون صرف هزینه و وقت می‌باشد. به علاوه با بودن فرمولاسیون دقیق می‌توان تأثیر پارامترهای مختلف بر مشخصه الکتریکی پیزو را به راحتی مورد بررسی و ارزیابی قرار داد.

کلیدواژه- سرامیک پیزوالکتریک، امپدانس، فرکانس رزنانس و آنتی رزنانس، مدارتعاشی.

Vibrational Modes in Piezoelectric Sonar Transducers

مقدمه:

سرامیک‌های پیزوالکتریک در اشکال مختلف دیسکی، حلقوی، میلهای و کروی ساخته می‌شوند و به عنوان سنسور در دستگاه‌های آکوستیکی بخصوص ترانسدیوسرهای زیر آب بکار می‌روند. اغلب این دستگاه‌ها از نوع آلتراسونیک می‌باشند. این سرامیک‌ها دارای مدهای ارتعاشی متفاوتی مانند مد کروی، مد شعاعی، مد طولی و مد ضخامتی هستند که بسته به کاربردهای متفاوت در سیستم‌های آکوستیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در عمل هر یک از مدهای نامبرده دارای یک مد اصلی و مدهای فرعی دیگری بوده که بر هم اثر می‌گذارند. از طریق حل معادلات پیزوالکتریک برای اشکال مختلف و در نظر گرفتن ابعاد و ضرائب آن‌ها، می‌توان مدهای ارتعاشی و فرکانس‌های رزنانس و آنتی رزنانس را محاسبه کرد.

نویسندگان:

رضا مردانی، محمد امیر فلاح، سعید خادمی
دانشگاه صنعتی مالک اشتر – مرکز تحقیقات هیدروفیزیک شیراز

ICEE 2006

————————————————————-