Аналіз сферичного п'єзокерамічного перетворювача
Коливання реальної оболонки ні пульсуючими через наявність отвори в оболонці (висновку провідника і технологічного обробки) і неоднорідності матеріалу і товщини, ні як і виконуватися і сформульовані граничні условия. Звідси еквівалентні механічні і наведені до електричної схемою параметри, коефіцієнт электромеханической трансформації і електрична ємність сферичної оболонки равны: Вочевидь… Читати ще >
Аналіз сферичного п'єзокерамічного перетворювача (реферат, курсова, диплом, контрольна)
САНКТ-ПЕТЕРБУРЗЬКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ.
МОРСЬКИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНИВЕРСИТЕТ.
ФАКУЛЬТЕТ МОРСЬКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ.
КАФЕДРА ФИЗИКИ.
КУРСОВА РАБОТА.
АНАЛІЗ СФЕРИЧЕСКОГО.
ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ.
ВЫПОЛНИЛ:
СТУДЕНТ ГРУПИ 34РК1.
СУХАРЄВ Р.М.
ПРОВЕРИЛ:
ПУГАЧОВ С.И.
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ.
ОСІННІЙ СЕМЕСТР.
1999 г.
|Краткие дані з теорії |3 | | | | |Вихідні дані |7 | | | | |Визначення елементів еквівалентній электромеханической | | |схеми, включаючи N, Ms, Rs, Rпэ, Rмп | | | |8 | |Перебування кінцевих формул для КЭМС і КЭМСД і розрахунок їх | | |значень |9 | | | | |Визначення частоти резонансу і антирезонанса | | | |9 | |Обчислення добротності электроакустического перетворювача| | |як випромінювання | | | |10 | |Розрахунок й модульна побудова частотних характеристик вхідний | | |провідності і вхідного опору | | | |10 | |Список літератури |16 | | | |.
1. СТИСЛІ ДАНІ ІЗ ТЕОРИИ.
Пьезокерамический сферичний перетворювач (Мал.1) представляє собою оболонку 2 (однорідну чи склеєну з цих двох півсфер), поляризовану за «товщиною, з електродами внутрішній і до зовнішньої поверхнях. Висновок від внутрішнього електрода 3 проходить через отвір і сальник 1, вклеенный в оболочке.
Рис. 1.
Рівняння руху, і еквівалентні параметри. Як приклад розглянемо радіальні коливання ненагруженной тонкої однорідної оболонки із середнім радіусом а, поляризований за «товщиною (, викликані дією симетричного порушення (механічного чи электрического).
Рис. 2.
Напрям його поляризації збігаються з віссю z; осі x і y розташовані в дотичній площині (Рис.2). У результаті эквипотенциальных сферичних поверхонь E1=E2=0; D1=D2=0. Через відсутність навантаження пружні напруги T3 рівні нулю, а силу механічної однорідності рівні нулю і всі сдвиговые напруги. З огляду на симетрії слід рівність напруг T1=T2=Tc, радіальних зсувів (1=(2(С і значення модуля гнучкості, однакову SC=0,5(S11+S12). Замінивши поверхню елемента квадратом (через її дрібниці) зі стороною l, запишемо відносне зміна площі квадрата при деформації його сторін на (l:
Вочевидь, відносної деформації площі поверхні сфери відповідає радіальна деформація [pic], обумовлена, згідно із законом Гука, выражением.
[pic].
Аналогія для индукции:
[pic].
З умов сталості T і E, запишемо рівняння пьезоэффекта:
[pic]; [pic]. (1).
Вирішуючи завдання про коливаннях пьезокерамической тонкої сферичної оболонки одержимо рівняння руху сферичного элемента.
[pic], (2).
где.
[pic] (3).
є власну частоту ненагруженной сферы.
Провідність равна.
[pic], (4).
де енергетичний коефіцієнт зв’язку сфери визначається формулой.
[pic]. (5).
З (4) знаходимо частоти резонансу і антирезонанса:
[pic]; [pic]. (6).
Вислів (4) наведемо до виду:
[pic].
Звідси еквівалентні механічні і наведені до електричної схемою параметри, коефіцієнт электромеханической трансформації і електрична ємність сферичної оболонки равны:
[pic]; [pic]; [pic].
Электромеханическая схема навантаженої сфери. Врахувати навантаження перетворювача можна включенням опору випромінювання [pic], послідовно із елементами механічної боку схеми (Рис. 3). Напруга не вдома приймача і, отже, його чутливість будуть визначатися дифрагированной хвилею, яка від амплитудно-фазовых співвідношень між падаючої і розсіяною хвилями на місці розташування приймача. Коефіцієнт дифракції сфери kД, тобто. ставлення діючої на неї сили застосування сили у вільному полі, дорівнює [pic], де pзвукове тиск у падаючої хвилі, kaхвильової аргумент для оточуючої сферу среды.
Наведемо формулу чутливості сферичного приемника:
[pic][pic],.
де [pic];
[pic];
[pic].
Коливання реальної оболонки ні пульсуючими через наявність отвори в оболонці (висновку провідника і технологічного обробки) і неоднорідності матеріалу і товщини, ні як і виконуватися і сформульовані граничні условия.
2. ВИХІДНІ ДАННЫЕ.
ВАРІАНТ С-41.
|Матеріал |ТБК-3 | |(, [pic] |5400 | |[pic], [pic] |8,3 (10−12 | |[pic], [pic] |-2,45 (10−12 | |(=-[pic] |0,2952 | |[pic], [pic] |17,1 (1010 | |d31, [pic] |-49 (10−12 | |e33, [pic] |12,5 | |[pic] |1160 | |[pic] |950 | |tg (33 |0,013 | |[pic], [pic] |10,26 (10−9 | |[pic], [pic] |8,4 (10−9 |.
a=0,01 м — радіус сферы.
[pic] м — товщина сферы.
(=0,94.
(=0,25.
(АМ=0,7 — ККД акустомеханический.
(0=8,85(10−12 [pic].
((c)В=1,545(106 [pic].
3. ВИЗНАЧЕННЯ ЕЛЕМЕНТІВ ЕКВІВАЛЕНТНІЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СХЕМИ, ВКЛЮЧАЯ.
N, Ms, Rs, Rпэ, Rмп.
Электромеханическая схема циліндричного излучателя:
Рис. 3.
коэффициент электромеханической трансформації: [pic] [pic].
N=-2,105 [pic] залучена маса випромінювача: [pic] [pic].
MS=4,851(10−5 кг опір випромінювання: [pic] [pic].
RS=2,31(103 [pic] активне опір (опір електричних втрат): [pic] [pic].
RПЭ=1,439(103 Ом.
[pic] [pic].
СS=4,222(10−9 Ф опір механічних втрат: [pic] [pic].
RМП=989,907 [pic].
4. ПЕРЕБУВАННЯ КІНЦЕВИХ ФОРМУЛ ДЛЯ КЭМС І КЭМСД.
І РОЗРАХУНОК ЇХ ЗНАЧЕНИЙ Представим еквівалентну схему ємнісного ЭАП для низьких частот:
Рис. 4.
статична податливість ЭАП:
[pic] [pic] C0=9,31(10−11 Ф электрическая ємність вільного преобразователя:
[pic] [pic].
CT=4,635(10−9 Ф.
[pic] [pic] [pic] [pic].
КЭМС=0,089; КЭМСД=0,08.
5. ВИЗНАЧЕННЯ ЧАСТОТИ РЕЗОНАНСУ І АНТИРЕЗОНАНСА:
[pic] [pic].
(р=1,265(107 [pic].
[pic] [pic].
(А=1,318(107 [pic].
6. ОБЧИСЛЕННЯ ДОБРОТНОСТІ ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА У РЕЖИМЕ.
ИЗЛУЧЕНИЯ.
[pic] [pic].
Qm=65,201.
эквивалентная маса: [pic].
[pic].
MЭ=0,017 кг.
7. РОЗРАХУНОК І ПОБУДОВУ ЧАСТОТНИХ ХАРАКТЕРИСТИК ВХІДНИЙ ПРОВІДНОСТІ И.
ВХІДНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ.
[pic].
активная проводимость:
[pic].
реактивная проводимость:
[pic].
активное сопротивление:
[pic].
реактивное сопротивление:
[pic].
входная проводимость:
[pic].
входное сопротивление:
[pic].
?/?р |.
0 |.
0,2 |.
0,4 |.
0,6 |.
0,8 |.
1 |.
1,2 |.
1,4 |.
1,6 |.
1,8 |.
2 | |.
Ge |.
6,941E-08 |.
0,1 423 |.
0,2 958 |.
0,487 |.
0,95 |.
0,34 |.
0,1 432 |.
0,1 143 |.
0,1 195 |.
0,1 301 |.
0,1 423 | |.
Be |.
— 0,5 861 |.
— 0,012 |.
— 0,024 |.
— 0,037 |.
— 0,054 |.
— 0,071 |.
— 0,05 |.
— 0,067 |.
— 0,08 |.
— 0,092 |.
— 0,103 | |.
Xe |.
— 170 600 |.
— 84,979 |.
— 41,947 |.
— 27,086 |.
— 18,424 |.
— 0,588 |.
— 20,061 |.
— 14,898 |.
— 12,491 |.
— 10,883 |.
— 9,682 | |.
Re |.
2020 |.
1,028 |.
0,521 |.
0,357 |.
0,323 |.
2,814 |.
0,577 |.
0,254 |.
0,186 |.
0,154 |.
0,133 | |.
Y |.
0,5 862 |.
0,012 |.
0,024 |.
0,037 |.
0,054 |.
0,348 |.
0,05 |.
0,067 |.
0,08 |.
0,092 |.
0,103 | |.
Z |.
170 600 |.
84,985 |.
41,95 |.
27,088 |.
18,426 |.
2,875 |.
20,069 |.
14,9 |.
12,493 |.
10,884 |.
9,683 | |.
ФG |.
1,505E-07 |.
0,3 267 |.
0,8 529 |.
0,2 202 |.
0,9 253 |.
6,366 |.
0,9 361 |.
0,2 292 |.
0,992 |.
0,541 |.
0,335 | |.
ФB |.
— 0,098 |.
— 0,102 |.
— 0,116 |.
— 0,153 |.
— 0,271 |.
— 0,332 |.
0,222 |.
0,102 |.
0,063 |.
0,044 |.
0,033 | |.
8.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
.
1. Пугачов С.І. Конспект лекцій з технічної гидроакустике. 2. Рєзніченка А.І. Підводні электроакустические перетворювачі. Л.: ЛКИ,.
1990. 3. Свердлин Г. М. Гідроакустичні перетворювачі і антени. Л.:
Суднобудування, 1988. ———————————- [pic].
[pic].
[pic].
[pic].
[pic].
[pic].
[pic].
[pic].
[pic].