Che cos'è la vibrazione in modalità radiale e spessore in un trasduttore a disco ceramico piezoelettrico?

Question

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Sto cercando di utilizzare un trasduttore piezoelettrico a disco ceramico per misurazioni di rilevamento a ultrasuoni per i livelli dei fluidi. Si sta prendendo in considerazione un disco in ceramica piezoelettrica con una frequenza di risonanza di 215 KHz o 1 MHz. Questi dispositivi specificano una configurazione di vibrazione in modalità Radiale e Spessore.

Domanda principale : cos'è la configurazione di vibrazione in modalità Radiale e Spessore? >

Domanda secondaria : la vibrazione in modalità Assiale e Spessore significa la stessa modalità?

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Parte Specifiche

Disco in ceramica piezoelettrica 1 MHz, vibrazione in modalità spessore

• Dimensioni: diametro 15 mm x spessore 2,1 mm
• Risonante frequenza fr: 1 MHz ± 3%
• Coefficiente di accoppiamento elettromeccanico Kt: ≥39%
• Impedenza di risonanza Zm: ≤7,6 Ω
• Capacità statica Cs: 900pF ± 15% @ 1kHz
• Condizione di test: 23 ± 3 ° C 40 ~ 70% RH
• fr, Zm, Kp = Vibrazione in modalità spessore >
• Cs = > Misuratore LCR a 1 KHz 1 Vrms

Disco in ceramica piezoelettrica R 215 KHz, vibrazione in modalità radiale

• Dimensioni: 10 mm di diametro x 2 mm spessore
• Frequenza di risonanza fr: 215 KHz ± 5 KHz
• Coef di accoppiamento elettromeccanico Kp potente: ≥60%
• Impedenza di risonanza Zm: ≤6 Ω
• Capacità statica Cs: 450pF ± 15% a 1 kHz
• Condizione di test: 23 ± 3 ° C 40 ~ 70% RH
• fr, Zm, Kp = Vibrazione in modalità radiale >
• Cs = Misuratore LCR > a 1KHz 1Vrms

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Riferimenti:

• Modalità di vibrazione piezoelettrica

Answer 1

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Esiste un eccellente white paper di piezotechnologies.com che probabilmente vale la pena leggere se sei nuovo nel lavorare con i dispositivi piezoelettrici. Citando dalla sezione sulle frequenze di risonanza:

Se si applica una tensione AC ad un disco piezoceramico di diametro più volte il suo spessore, si possono osservare due serie di risonanze. La risonanza alla frequenza più bassa corrisponde al movimento nella dimensione più grande della ceramica, che in questo caso è in direzione radiale. Spesso, si vedranno parecchie armoniche anche alle frequenze più alte.

La risonanza del primo spessore appare abbastanza diversa dalle armoniche radiali che si trovano appena sotto di essa. L'impedenza scende a un valore molto più basso e lo span in frequenza è molto più ampio. La frequenza della modalità spessore spesso appare molto più "ruvida" rispetto alla modalità radiale. Questo perché le armoniche della modalità radiale sono eccitate dalla modalità di forte spessore.

Quindi, la modalità radiale è di frequenza inferiore perché ha una dimensione maggiore. Poiché è anche la risonanza a frequenza più bassa, è molto più pulita perché non coincide con altre armoniche. Vedi la figura sotto.

La modalità assiale (spessore) d'altra parte ha una risonanza più forte poiché il piezo-cristallo è progettato essere guidato in quella direzione. Inoltre, si sovrappone ad alcune delle armoniche superiori della modalità radiale e quindi ha un aspetto più "sporco". Vedere la figura sotto.

Lo spettro completo che mostra la modalità radiale più stretta e debole e le sue risonanze insieme alla modalità assiale mette la relativa ampiezza e forza della modalità assiale in prospettiva.

Answer 2

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Radiale : la forma d'onda oscillatoria è tra il bordo e il centro.
Spessore : l'oscillazione è attraverso le facce del disco, quindi la frequenza più alta sarà uguale a tutto il resto.

Assiale e spessore sono probabilmente termini equivalenti.

È interessante notare che, sebbene il rapporto non debba essere così stretto

• Il tuo disco in modalità spessore risuona a 1 MHz ed è spesso 2,1 mm.

• Il tuo disco in modalità radiale ha un diametro di 10 mm (non raggio) e risuona a 215 kHz.

• Diametro / spessore = 10: 2,1 = 4,76: 1

• 1 MHz / 215 kHz = 4,65: 1

Answer 3

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Texas Instruments dispone di un ampio materiale su questo disco piezoelettrico per applicazioni di misurazione del livello del fluido. Puoi cercare STEMINC nel loro sito Web e vedrai due dischi utilizzati in modalità Spessore. Entrambi i dischi hanno una frequenza di 1 MHz e vengono utilizzati con un paio dei loro controller. I dischi sono SMD10T2R111WL e SMD15T21R111WL. STEMINC ha anche dischi delle stesse dimensioni con frequenza radiale, ma il controller TDC100 di Texas Instruments per la misurazione del livello del liquido funziona con la versione da 1 MHz.