Поиск по сайту


Каталог учебных материалов

Свежие работы в разделе

Наша кнопка

Разместить ссылку на наш сайт можно воспользовавшись следующим кодом:


Контакты

Если у вас возникли какие либо вопросы, обращайтесь на email администратора: admin@kazreferat.info

АНАЛИЗ СФЕРИЧЕСКОГО ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Узнать стоимость написания работы

 

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

МОРСКОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

ФАКУЛЬТЕТ МОРСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ

 

КАФЕДРА ФИЗИКИ

 

 

 

 

 

 

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

 

АНАЛИЗ СФЕРИЧЕСКОГО ПЬЕЗОКЕРАМИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

 

 

 

 

 

ВЫПОЛНИЛ:

СТУДЕНТ ГРУППЫ 34РК1

СУХАРЕВ Р.М.

 

 

 

ПРОВЕРИЛ:

ПУГАЧЕВ С.И.

 

 

 

 

 

 

 

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

ОСЕННИЙ СЕМЕСТР

1999г.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

1.  Краткие сведения из теории

3

2.  Исходные данные

7

3.  Определение элементов эквивалентной электромеханической схемы, включая N, Ms, Rs, Rпэ, Rмп

 

 

8

4.  Нахождение конечных формул для КЭМС и КЭМСД и расчет их значений

 

9

5.  Определение частоты резонанса и антирезонанса

 

9

6.  Вычисление добротности электроакустического преобразователя в режиме излучения

 

 

10

7.  Расчет и построение частотных характеристик входной проводимости и входного сопротивления

 

 

10

8.  Список литературы

16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ

 

Пьезокерамический сферический преобразователь (Рис.1) представляет собой оболочку 2 (однородную или склеенную из двух полусфер), поляризованную по толщине, с электродами на внутренней и внешней поверхностях. Вывод от внутреннего электрода 3 проходит через отверстие и сальник 1, вклеенный в оболочке.


 

Рис. 1

Уравнение движения и эквивалентные параметры.


В качестве примера рассмотрим радиальные колебания ненагруженной тонкой однородной оболочки со средним радиусом а, поляризованный по толщине d, вызываемые действием симметричного возбуждения (механического или электрического).

 

 

Рис. 2

 

Направление его поляризации совпадает с осью z; оси x и y расположены в касательной плоскости (Рис.2). Вследствие эквипотенциальных сферических поверхностей E1=E2=0; D1=D2=0. Из-за отсутствия нагрузки упругие напряжения T3 равны нулю, а в силу механической однородности равны нулю и все сдвиговые напряжения. В силу симметрии следует равенство напряжений T1=T2=Tc, радиальных смещений x1=x2xС и значения модуля гибкости, равное SC=0,5(S11+S12). Заменив поверхность элемента квадратом (ввиду его малости) со стороной l, запишем относительное изменение площади квадрата при деформации его сторон на Dl:

Очевидно, относительной деформации площади поверхности сферы соответствует радиальная деформация , определяемая, по закону Гука, выражением

 

.

 

Аналогия для индукции:

 

.

 

Исходя из условий постоянства T и E, запишем уравнение пьезоэффекта:

 

; . (1)

 

Решая задачу о колебаниях пьезокерамической тонкой сферической оболочки получим уравнения движения сферического элемента

 

, (2)

 

где

(3)

 

представляет собой собственную частоту ненагруженной сферы.

 

 

 

Проводимость равна

 

, (4)

 

где энергетический коэффициент связи сферы определяется формулой

 

. (5)

 

Из (4) находим частоты резонанса и антирезонанса:

 

; . (6)

 

Выражение (4) приведем к виду:

 

.

 

Отсюда эквивалентные механические и приведенные к электрической схеме параметры, коэффициент электромеханической трансформации и электрическая емкость сферической оболочки равны:

 

;  ;

 

Электромеханическая схема нагруженной сферы. Учесть нагрузку преобразователя можно включением сопротивления излучения , последовательно с элементами механической стороны схемы (Рис. 3). Напряжение на выходе приемника и, следовательно, его чувствительность будут определяться дифрагированной волной, которая зависит от амплитудно-фазовых соотношений между падающей и рассеянной волнами в месте расположения приемника. Коэффициент дифракции сферы kД, т.е. отношение действующей на нее силы к силе в свободном поле, равен , где p- звуковое давление в падающей волне, ka- волновой аргумент для окружающей сферу среды.

Приведем формулу чувствительности сферического приемника:

 

,

 

где ;

;

.

 

Колебания реальной оболочки не будут пульсирующими из-за наличия отверстия в оболочке (для вывода проводника и технологической обработки) и неоднородности материала и толщины, не будут так же выполняться и сформулированные граничные условия.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 

ВАРИАНТ С-41

 

 

Материал

ТБК-3

r,

5400

 

,

8,3 × 10-12

 

,

-2,45 × 10-12

 

n=-

0,2952

 

,

17,1 × 1010

 

d31,

-49 × 10-12

 

e33,

12,5

 

1160

 

950

 

tgd33

0,013

 

,

10,26 × 10-9

 

,

8,4 × 10-9

 

 

 

a=0,01 м – радиус сферы

 м – толщина сферы

 

a=0,94

b=0,25

 

hАМ=0,7 – КПД акустомеханический

 

e0=8,85×10-12

(rc)В=1,545×106

 

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ЭКВИВАЛЕНТНОЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СХЕМЫ, ВКЛЮЧАЯ N, Ms, Rs, Rпэ, Rмп


Электромеханическая схема цилиндрического излучателя:

 

Рис. 3

коэффициент электромеханической трансформации:

 

N=-2,105

присоединенная масса излучателя:

 

MS=4,851×10-5 кг

сопротивление излучения:

RS=2,31×103

активное сопротивление (сопротивление электрических потерь):

RПЭ=1,439×103 Ом

 

 

СS=4,222×10-9 Ф

сопротивление механических потерь:

 

RМП=989,907

 

4. НАХОЖДЕНИЕ КОНЕЧНЫХ ФОРМУЛ ДЛЯ КЭМС И КЭМСД

И РАСЧЕТ ИХ ЗНАЧЕНИЙ

 


Представим эквивалентную схему емкостного ЭАП для низких частот:

Рис. 4

статическая податливость ЭАП:

C0=9,31×10-11 Ф  

 

электрическая емкость свободного преобразователя:

CT=4,635×10-9 Ф

 

КЭМС=0,089 ; КЭМСД=0,08

 

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧАСТОТЫ РЕЗОНАНСА И АНТИРЕЗОНАНСА:

 

 

wр=1,265×107

 

wА=1,318×107

6. ВЫЧИСЛЕНИЕ ДОБРОТНОСТИ ЭЛЕКТРОАКУСТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ В РЕЖИМЕ ИЗЛУЧЕНИЯ

 

 

Qm=65,201

 

эквивалентная масса:

 

MЭ=0,017 кг

7. РАСЧЕТ И ПОСТРОЕНИЕ ЧАСТОТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ВХОДНОЙ ПРОВОДИМОСТИ И ВХОДНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

 

активная проводимость:

реактивная проводимость:

активное сопротивление:

реактивное сопротивление:

входная проводимость:

входное сопротивление:


 

ω/ωр

 

0

 

0,2

 

0,4

 

0,6

 

0,8

 

1

 

1,2

 

1,4

 

1,6

 

1,8

 

2

 

Ge

 

6,941E-08

 

0,0001423

 

0,0002958

 

0,000487

 

0,00095

 

0,34

 

0,001432

 

0,001143

 

0,001195

 

0,001301

 

0,001423

 

Be

 

-0,000005861

 

-0,012

 

-0,024

 

-0,037

 

-0,054

 

-0,071

 

-0,05

 

-0,067

 

-0,08

 

-0,092

 

-0,103

 

Xe

 

-170600

 

-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

 

0,000005862

 

0,012

 

0,024

 

0,037

 

0,054

 

0,348

 

0,05

 

0,067

 

0,08

 

0,092

 

0,103

 

Z

 

170600

 

84,985

 

41,95

 

27,088

 

18,426

 

2,875

 

20,069

 

14,9

 

12,493

 

10,884

 

9,683

 

ФG

 

1,505E-07

 

0,0003267

 

0,0008529

 

0,002202

 

0,009253

 

6,366

 

0,009361

 

0,002292

 

0,000992

 

0,000541

 

0,000335

 

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.  Пугачев С.И. Конспект лекций по технической гидроакустике.

2.  Резниченко А.И. Подводные электроакустические преобразователи. Л.: ЛКИ, 1990.

3.  Свердлин Г.М. Гидроакустические преобразователи и антенны. Л.: Судостроение, 1988.

Другие материалы

Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru
Рефераты и материалы размещенные на сайте принадлежат их законным правообладателям. При использовании материалов сайта, ссылка на KazReferatInfo обязательна!
Казахстанские рефераты
Copyright © 2007-2016г. KazReferatInfo