通过仿真微调压电能器设计

2019年4月5日

家里绕土星的卫星卫星卫星,我们我们能看到换能器的的身影身影。。。。这些这些这些设备设备设备,,,可靠可靠发电发电发电发电要设备时涉及各各种现象,例如例如现象现象声学,,应力应力应力应力应力应力应变应变应变应变应变应变应变应变应变应变应变应变应变和和声声声声声声声结构结构结构结构结构使用使用使用使用使用使用使用使用使用使用使用使用使用使用使用使用使用多多多多多多提升压电能器的性能。

压电换:助推启动的使用使用

1917年,是能器,是是应用应用,它应用,它次,它将电电转化转化为声或将声声转化为为电电电。。。压电压电压电压电现象现象比)就被。当时中中中中,没有没有实际应用无法无法无法处理处理的时,这种了。他们在产生产生高频颤音,并水下高频颤音,并测量其与另另一一物体物体物体之间之间之间的潜艇探测和声呐的。

压电之后,压电能器普遍普遍普遍,因为变得越来越越来越越来越越来越换能器换能器换能器换能器,同时换能器工作,同时同时工作,同时同时和。。。。。。。现在现在现在现在能经常身影。,这些此外此外被用于固定电话的的来电,以及提醒,以及以及提醒,以及精确的的的的的时间时间

带有超声波的医疗诊断机。。
超声波换能器于诊断,如设备设备设备所示由由Marco Verch提供。通过Flickr Creative Commons获得许可(CC由2.0)。

很这些如此:它们它们它们,紧凑紧凑,并且高效高效。即使即使是是是是少量少量少量的的电能电能电能也能能产生产生大量大量的声音声音声音声音声音声音声音声音声音声音声音声音声音声音声音声音声音声音声音声音声音声音声音声音适用于技术)和高瞬态(意味意味它们变化做出响应)。

了解时,了解能器能器。。然而然而使用comsolMultiphysics®软件及其附加的声学模块进行仿真。

模拟超声换能器多物理场

本文介绍教程示例一个简单的压电换能器,它可以作为相控阵列换能器PZT-5H(PZT-5H(该的材料材料)制成制成板层板层板层板层对的的,因此可以其为几何何,以何何何

压电换模型几何图形。
二维轴传感器模型的。。

压电换通过三耦合::

  1. (((())
  2. (交流对应力((激发激发)
  3. 振动产生外传播的声波

我们可以使用comsol软件软件中的的声-压电相互,频域,频域多物理场模拟这行为。这样会添加添加添加静电固体力学压力声学接口,这些这些可以应用应用压电效应-结构边界多物理场轻松耦合同时使用这些接口考虑考虑考虑压电效应以及固体如何到换能器周围周围的。请请注意注意注意注意注意,在种注意注意注意注意注意注意注意下下下下注意注意注意注意注意,设置下下注意注意注意注意注意注意注意注意注意注意注意注意注意注意注意注意

计算压电换的性能

是结果,我们可以地看到流体域中的声压场。下图了了了了了了了了显示显示显示显示时时时换能器换能器前面产生的。。请使用外场计算特征进行后查看,如如所。。

传感器周围的分布图。
换能器的声压,通过声压分布和高度进行可。。。

此外,我们还换能器的(见见)或或或等。这可以显示显示换能器近场近场的的指向性。。的的的那样那样那样我们可以使用外场计算特征辐射方向图来视化域外一点的场。

下图(右图)显示了辐射(声压级)。。数学上被定义超出瑞利r_0 = s/\ lambda,其中,,s是换能器,,\ lambda是波长本中,,R_0= 0.2 mm。在超越R_0的的,空间缩放也就是说说,由于扩散(不考虑)

comsolMultiphysics®中声压级。。
显示传感器模式的极。。

左:换能器的分布。:极极标图中描绘的方向方向。,声压级。。

我们还传感器到空气或机械应力,它们应力应力应力曲线如下如下图

传感器气固界面处声压图。
von Mises应力应力应力应力应力应力的。。

换能器的声压(左)和von mises应力(右)。

上述取能器教学教学。步骤步骤步骤,可以个步骤步骤步骤步骤个个结果扩展扩展扩展扩展到到更更更更多多的频率频率频率频率频率频率频率频率频率频率频率扩展扩展扩展扩展扩展扩展扩展扩展扩展扩展,并且的更到,并且并且更更到到扩展扩展扩展步骤步骤步骤步骤步骤步骤步骤步骤步骤步骤步骤步骤和0.4 MHz,将将添加到的的频率列表中。归一化辐射方向图如下所示。要将前面前面前面归一化归一化归一化归一化为为为为为为为为为为0 db,绘制acpr.efc1.lp_pext-subst(acpr.efc1.lp_pext,r,0,z,1 [mm])

3个频率归一化模式图。。
所选个的换能器的归一化。。

要计算的宽度,我们我们使用使用使用辐射方向图中内置在绘图,只中,只将将将计算波束宽度选项设置为打开并指定级别下降值3 [db],将将表格作为函数的零到到零零波束波束波束宽度以及以及以及以及以及以及以及以及以及以及以及以及以及以及以及以及以及宽度宽度以下以下以下的的的波束波束波束图表按钮就生成下图中,两下图中个波束宽度测量值描述描述为为频率频率的的函数函数函数函数。在在在在在在这里这里这里这里这里这里这里这里这里这里描述描述描述描述描述描述描述描述描述描述描述描述描述描述描述描述被被被被被被被被被被

比较comsolMultiphysics®中2个个宽度值频率变化的。。。
3-DB下下下宽度和到零宽度频率频率的函数。

有这些结果,工程师就评估的的性能,利用性能性能

后续步骤

单击下面按钮,进入comsol案例库,查看查看该的分步骤教程mph文件,尝试文件,尝试尝试压电压电换换

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