Курсовая работа: Приемная антенна прибора гидроакустической связи
В стержневых системах применяются: свободный электромеханический активный стержень, стержень с одной или двумя накладками из неактивного (пассивного) материала, в них возбуждаются продольные колебания по оси стержня с определенным распределением амплитуд, при этом колебания торцов можно считать поршневыми. На высоких частотах накладка не нужна; на средних – применяется, как правило стержень с одной накладкой; на низких – стержень с двумя накладками.
Основным материалом для изготовления ГАП является пьезокерамика. Технологичность и хорошие электромеханические характеристики этого материала позволяет использовать его в качестве активного элемента преобразователя.
По заданию рабочая частота равна 380 кГц, задана стержневая колебательная система; тип антенны: одиночный преобразователь; принцип преобразования: пьезоэлектрический. Следовательно, рационально использовать пьезоэлектрический стержень дисковой формы.
3 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 | tgs, % | 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:
4 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:
