nt s25

1
MATERIAŁY POMOCNICZE DO WYKŁADU
Z BIO- i HYDROAKUSTYKI
4. Ultradźwiękowe przetworniki szerokopasmowe
S2. Sposoby poszerzania pasma przetworników ultradźwiękowych
1) piezoceramika o małej impedancji akustycznej,
2) zastosowanie tylnej warstwy tłumiącej,
3) zastosowanie jednej, dwóch lub wielu przednich warstw dopasowujących
impedancję akustyczną przetwornika do impedancji akustycznej ośrodka,
4) konstrukcje kompozytowe,
5) przetworniki z folii PVDF.
S3. Dobroć mechaniczna ośrodka

 I ( x )   


 I o  e 2x
2 x

Q



  2  c 
S4. Dobroć układu rezonansowego
Q
fr
f
Q
 Zprzetwornika
2
Zośśrodk
s(t )  A o e   sin t 
Dla
e

n
Q
 0.1
uzyskujemy
ma
  nT


2Q
s(t )  Aoe

n
Q
sin t 
Q  1.364n
S5. Tylna warstwa tłumiąca
Q

Zprz
2 k1Z1  k2 Z2
dla ma  1
S6. Zastosowanie jednej, dwóch lub wielu przednich warstw dopasowujących
VC n1  ( j )
KC n1  ( j ) 
I ( j )
KC n1 ( j)  f , h, ZC , ZC1 , ZC 2 ,..., ZCn , 1 , 2 ,..., n , Rb , RC1 , RC 2 ,..., RCn 
2
S7. Zastosowanie jednej, dwóch lub wielu przednich warstw dopasowujących
 pn 
 wn
An
A1
Z A
 1 n
Zn A1
2
S8. Zastosowanie jednej, dwóch lub wielu przednich warstw dopasowujących
 x 
 x 

j  t  k 
j  t  k 
ck 
c

 pk  xk   Ak e
 Bk e  k 
 x 
 x 

j  t  k 
j  t  k 
A
B
c
vk  xk   k e  k   k e  ck 

Zk
Zk
  j cx k
e k
 pk x k 
jt 

e
 1  j cxkk
 v x 
 k k 
 e
 Zk

  lk 
  lk  




cos

jZ
sin

k
 c 
c
k
k




Tk   
 j
  lk 
l  
cos k  
 Z sin c 
 k 
 ck  
 k
 An   1
1
B   
 n   Z n
1
1
Z n 
1
dla
  j cl1
 e 1l
Tn1 Tn2 T3 T2  1  j c 1
 e 1
 Z1
x k

e ck
  Ak 
x k
j
1 ck   B 

e
 k 
Zk

j
1  k  n 
l1

e c1   A1 
l1
1 j c1   B 
 e  1 
Z1

j
S10. Wyznaczanie impedancji akustycznej warstw dopasowujących
Z2( 3 ),Ch  Z1  Z3
Zv(  ),Ch  Zv 1 1 ,Ch  Zv  1,Ch
Z2( 3 ), Des  3 Z1  Z3 2
Zv(  ), Des  3 Zv 1 1 ,Des  Zv  1 ,Des 
Z2( 3 ),Sou  3 2  Z1  Z3 2
Zv(  ),Sou  3 2  Zv 1 1 ,Sou  Zv  1 ,Sou 
2
2
lk  m
k
4
3
S16. Wpływ kryteriów wyznaczania impedancji warstw na kształt impulsu
DeSilets
Souquet
Chebyshev
1 ćwierćfalowa warstwa dopasowująca + warstwa tylna (medium: woda)
S18. Przetworniki kompozytowe
Główne zastosowania ultradźwiękowych przetworników kompozytowych:
- sonary okrętowe,
- przetworniki ze sprzężeniem wodnym do badań
nieniszczących NDE (NonDestructive Evaluation),
- zobrazowanie medyczne.
S19. Przetworniki kompozytowe
PARAMETRY:
- stała sprzężenia elektromechanicznego,
- akustyczna impedancja właściwa,
- przenikalność materiału piezoelektrycznego,
- impedancja elektryczna.
S20. Geometria kompozytów
Sposób połączenia – connectivity (przejścia) składnika A – piezoceramiki, składnika B –
matrycy polimerowej.
S21. Właściwości akustyczne kompozytów (impedancja akustyczna właściwa)
4
S22. Właściwości dielektryczne kompozytów (stała dielektryczna)
S23. Właściwości elektro-mechaniczne kompozytów
(wsp. sprzężenia dla drgań grubościowych)
S24. Szerokość pasma przenoszenia kompozytów
(iloczyn wzmocnienia i szerokości pasma)
5
S25. Mody poprzeczne w kompozytach (impedancja elektryczna)
Rezonanse poprzeczne (10 razy mniejsza częstotliwość, nachodzą nawet na rezonans
grubościowy), a w przypadku kompozytu – wytłumiają się.
S26. Mody poprzeczne w kompozytach (impedancja elektryczna)
Rezonanse związane z „okresowością” struktury materiału (odbicia wewnętrzne). Można je
zminimalizować poprzez odpowiednie rozmieszczenie ceramiki i jej grubość.
płytka z kompozytu 2-2 o rozmiarach 10 razy większych od grubości
===================================================================
S31. Przetworniki PDF
PVDF – polyvinylidenedifloride – polifluorek winylidenu; stosowany głównie w hydrofonach;
element aktywny: dysk o grubości 9 μm i średnicy 400 μm;
element aktywny hydrofonu pracuje w modzie subrezonansowym;
S32. Hydrofony
d

8a
l
2
 a2 
S33. Parametry hydrofonów
Konieczny przedwzmacniacz (pojemnościowy, więc zasilanie „fantomowe”).
6
S34. Parametry hydrofonów (czułość)
S35. Szerokopasmowe źródła fali ultradźwiękowej (BBS)
Potrzebne do kalibracji hydrofonów i mają wiele innych zastosowań (charakteryzowanie
mikropęcherzyków w cieczy, określanie rozmiarów, rozkładu i koncentracji zawiesin w
cieczach).
S36. Szerokopasmowe źródła fali ultradźwiękowej (BBS)
Ch-ka zmierzona dla pary przetworników.