Выбор активного материала и определение размеров колебательной системы

 

В качестве активных материалов ГАП современных антенн, как правило применяют пьезокерамику различных составов и сплавов и магнитострикционные металлы и сплавы. Из параметров, характеризующих работу гидроакустических преобразователей в режиме приема, наиболее важными являются следующие:

1) чувствительность

2) характеристика направленности

3) коэффициент осевой концентрации

Эффективность осуществляемого приемником акустико-электрического преобразования оценивают чувствительностью приемника.

В зависимости от назначения пьезокерамические материалы делят на 4 класса. Материалы I класса пригодны для производства пьезоэлементов приемников и излучателей малой и средней мощности, сюда входят ЦТСНВ-1, ЦТС-19, ЦТБС-1. Из материалов II класса изготовляют элементы, работающие в сильных электрических полях и при больших механических напряжениях и пригодные для излучателей большой (ЦТСС-1, ЦТС-23) и средней мощности (ЦТБС-3, ТБК-3, НБС-1). Материалы III класса используются для производства пьезоэлементов с повышенной стабильностью параметров во времени и при изменении температуры (ЦТС-22, НБС-3). Материалы IV класса используются для производства высокотемпературных пьезоэлементов, обладающих повышенной стабильностью параметров в заданном интервале температур и механических напряжений.

Следовательно, в качестве активного материала, выбирается такой материал, который обладает наибольшей чувствительностью.

Исходя из требований по чувствительности, а также меньшего расхода активного материала выбирается пьезокерамика марки ЦТБС-3.

Материал марки ЦТБС-3 имеет следующие значения постоянных [4]

В таблице приняты следующие обозначения:

r – плотность; Ei – модуль упругости; сi – скорость звука; e / e0 – относительная диэлектрическая проницаемость; ru – удельное электрическое сопротивление; sр – предел прочности при статическом растяжении; tк, – температура (точка) Кюри; d – пьезоэлектрический модуль, k – коэффициент электромеханической связи.

Преобразователь стержневого типа, который обеспечивает заданную относительную ширину полосы частот около 5%.

По методичке [4], при продольном пьезоэффекте основная электромеханическая частота:

 

 

где:

l – размер стержня в направлении колебаний

1) Длина стержня:

 

 

Таблица 1

Класс	r, кг/м3	E33Е*10-11, Па	E33D*10-11, Па	c3e, м/с	c3D, м/с	e/ e0	ru*10-17, Ом*м	sр*10-8, Па	d33*1011 Кл/Н	k31	k33	tg s, %			tк, оС	tg d, %
												< 50 кВ/см	100 кВ/м	200 кВ/м
II	7200	0, 70	1, 22	3220	4120	2300	-	-	31, 6	0, 3	0, 65	1, 2	2, 0	3, 0	250	1, 2

 

2) Масса:

 

 

Расчет электроакустических параметров на резонансной частоте

 

Пьезоэлектрический диск с использованием пьезоэффекта – продольного:

 

 D=2*a=0, 276 м

 

 

Рис. 3

 

По учебному пособию [4] условие электромеханического резонанса при продольном пьезоэффекте – для сплошного стержня:

 

 

где:

l – размер стержня в направлении колебаний

Из условия при продольном пьезоэффекте, получается:

 

 

– резонансный размер преобразователя.

Коэффициент электромеханической трансформации (КЭМТ). При продольном пьезоэффекте:

 

 

Электромеханическая добротность:

 

 

где (из справочника [4])

Ширина полосы пропускания:

 

 

Электрическая емкость:

 

 

где:

 

Электрический импеданс преобразователя:

при  активное сопротивление и импеданс:

 

и

 

где:

активное электрическое сопротивление потерь

 

 активное электрическое сопротивление механическое

 

 

где:

r – сопротивление активное механическое,

 

 

где:

-  - безразмерный коэффициент активного сопротивления излучения,

-  - волновое сопротивление воды,

-  - акустико-механический КПД преобразователя,

Следовательно, активное сопротивление:

 

 

Электрический импеданс:

 

 

Активная составляющая: 2, 165 Ом

Реактивная составляющая: Ом

Электромеханический КПД при резонансе

 

 

 

Расчет чувствительности

 

Чувствительность приёмника при электромеханическом резонансе [4]:

 

где:

- Коэффициент электромеханической трансформации:

 

-

- - безразмерный коэффициент активного сопротивления излучения

- - волновое сопротивление воды

-

где:

 

Следовательно:

 

 

⇐ Предыдущая123Следующая ⇒

Поделиться: