Автор работы: Пользователь скрыл имя, 05 Июля 2014 в 22:18, курсовая работа
Цилиндрические преобразователи гидроакустических антенн представляют собой или одиночный пьезокерамический цилиндр малой толщины - круговое кольцо, или состоят из некоторого (иногда большого) числа тонких колец. Наружная и внутренняя боковые поверхности кольца посеребрены, т.е. являются электродами. Постоянное напряжение, приложенное к электродам, вызывает поляризацию кольца по толщине в радиальных направлениях. Если к электродам приложить переменное напряжение, то благодаря обратному пьезоэффекту в цилиндре могут возбудиться колебания сжатия и растяжения длины средней окружности (и поверхности), колебания по толщине стенок относительно неподвижной средней поверхности, как в коротком стержне или пластине, а также осевые колебания по длине цилиндра, как в стержне.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ЮЖНОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО
УНИВЕРСИТЕТА
В Г. ТАГАНРОГЕ
Факультет электроники и приборостроения
Кафедра электрогидроакустической и медицинской техники
Пояснительная записка к курсовому проекту
по курсу
«Электроакустические преобразователи»
на тему: «Цилиндрический преобразователь»
Выполнила: |
Студентка группы В-128 Мелехина Е. С. |
Проверила: |
преп. Пояркова В.А. |
г. Таганрог 2012 г.
Техническое задание
Технологический институт Южного федерального университета
в городе Таганроге
Факультет ЭП
З А Д А Н И Е №_2____
на самостоятельную работу
Студенту Мелехиной Е.С.__________ группа В-128
По курсу Электроакустические преобразователи
Форма СРС: курсовой проект ______________________________
1. Тема: ______________________________
2. Разрабатываемые вопросы и фактические требования:
Выбрать модель преобразователя, составить эквивалентную схему, рассчитать энергетические характеристики режимов излучения и приема. Рассчитать и построить АЧХ преобразователя (модуль, фазу, активную и реактивную составляющие, круговую диаграмму импеданса).
3. Форма и содержание отчетной документации: Введение. 1. Анализ ТЗ. 1.1. выбор модели. 1.2. Составление эквивалентной схемы. 1.3. Выбор материала ПК. 2. Расчет АЧХ. 2.1. Расчет геометрических размеров. 2.2. Расчет параметров эквивалентной схемы. 2.3. Расчет АЧХ (таблицы, графики). 3. Расчет энергетических параметров. 3.1. Расчет параметров режима излучения. 3.2. Расчет параметров режима приема. Заключение. Список литературы.
4. План-график выполнения СРС:
5. Форма контроля и сроки:
______________________________
______________________________
6. Литература: Ультразвуковые преобразователи для неразрушающего контроля / под ред. И.Н. Ермолова. М.: Машиностроение. 1986 г.
Метод указания №898. «Программа курса».
«_____» ____________ 2012 г.
«_____» _______________ 2012 г.
Содержание
В связи с широким применением гидроакустических средств на судах различного профиля возникают задачи проектирования поисковой, контрольной и навигационной гидроакустической аппаратуры.
Функции трансформации
Целью данной курсовой работы
является приобретение навыков
выбора типа преобразователя
в зависимости от назначения
и частотного диапазона, выбора
активного материала, а также
схемы-аналога, соответствующей полученной
конструкции, овладение методами
расчёта основных параметров
преобразователя (собственных и
внесённых сопротивлений, коэффициента
электромеханической
В работе представлен расчет преобразователя, работающего на основной частоте 12 кГц.
Цилиндрические
В процессе выполнения курсовой работы был сделан патентный поиск. Были изучены патенты за последние три года (2009 – 2012гг.). Поиск производился по классификатору H04R1/44 – гидроакустические преобразователи. Для заданной рабочей частоты 12 кГц наиболее целесообразно использовать цилиндрические преобразователи. Этот фактор был учтён при выборе патентов, что сделало поиск более целенаправленным. Статьи из патентов приведены в конце курсовой работы в виде приложения.
Гидроакустический преобразователь - непременный элемент гидроакустической антенны - представляет собой колебательную систему, предназначенную для излучения и приема акустических сигналов в водной среде.
В качестве активного элемента было выбрано сплошное пьезокерамическое тонкое кольцо, боковые поверхности которого посеребряны и являются электродами. Кольцо поляризовано в радиальном направлении – использован поперечный пьезоэффект.
В качестве активного материала была выбрана пьезокерамика ЦТСНВ-1 1-го класса (пригодна для производства пьезоэлементов приемников и излучателей малой и средней мощности). При выборе пьезоматериала ориентировались на значение тех параметров эффективности, которые наиболее важны для проектируемого ГАП. Пьезокерамика ЦТСНВ-1 обеспечивает получение наибольшей мощности на резонансе и низких частотах. Так как удельная акустическая мощность на резонансной частоте пропорциональна величине (d33 YE3) E2 при поперечном пьезоэффекте и (d31 YE1) E2 при поперечном пьезоэффекте, а на частотах значительно ниже резонансной – величинам (d33 cE3) E2 (d31 cE1) E2. Чем больше этот параметр, тем больше удельная излучаемая акустическая мощность.
Марка |
ЦТСНВ-1 |
r, кг/м3 |
7300 |
u3E, м/с |
2760 |
s11E, м2/Н |
1,51 10-11 |
s33E, м2/Н |
1,79·10-11 |
d31, м/В |
-1,66·10-10 |
d33, м/В |
3,71·10-10 |
k31 |
0,3 |
k33 |
0,67 |
e33/e0 |
1930 |
tgd, В/м |
0,02 |
Qм |
50 |
u1E, м/с |
3000 |
Геометрические размеры преобразователя рассчитываются, исходя из резонансных частот и его назначения.
Рассмотрим режим излучения:
1)Частота механического
2)Размеры кольца:
Средний радиус ненагруженного кольца
Толщину кольца δ выбираем в пределах (0.2..0.25)a: принимаем , что составляет
а) Радиусы кольца: наружный
б) внутренний
Высота кольца h определяется направленностью антенны, от которой зависит общее число колец; обычно размер h не превышает
, примем h=0.104м
3) Коэффициент экранирования.
4) Площадь излучающей (приемной) поверхности.
5) Волновое число.
Итак, мы рассчитали необходимые размеры нашей гидроакустической антенны, исходя из рабочей частоты, заданной в техническом задании к проектированию.
Рассмотрим режим приема:
6) Электромеханическая добротность.
7) Полоса пропускания.
8) Относительная полоса пропускания.
Эквивалентная схема цилиндрического преобразователя
1) Эквивалентная масса.
2) Эквивалентная гибкость.
3) Активное сопротивление механических потерь.
4) Емкость свободного элемента.
5) Статическая емкость заторможенного пьезоэлемента.
6) Динамическая емкость.
7) Коэффициент электромеханической трансформации.
8) Динамическая индуктивность.
9) Активное сопротивление потерь.
10) Механическое сопротивление.
11) Активная составляющая механического импеданса.
Реактивная составляющая механического импеданса.
12) Сопротивление излучения.
13) Присоединенная масса.
14) Коэффициент затухания для ненагруженного преобразователя.
15) Коэффициент затухания для нагруженного преобразователя.
16) Постоянная времени для ненагруженного преобразователя.
17) Постоянная времени для нагруженного преобразователя.
18) Механическая добротность.
1) Излучаемая акустическая
2) Амплитудное значение колебательной скорости в контуре.
3) Амплитудное значение рабочего напряжения.
4) Рабочее значение рабочего напряжения.
5) Коэффициент осевой концентрации.
6) Внесенное сопротивление.
7) Ваттное сопротивление.
8) Механическая мощность.
9) Электрическая мощность.
10) Акустомеханический кпд.
11) Электромеханический кпд.
12) Акустоэлектрический кпд.
13) Чувствительность в режиме излучения.
14) Абсолютная чувствительность.
рис.1 АЧХ в режиме излучения.
1) Сила.
2) Полное механическое
3) Амплитудное значение колебательной скорости.
4) Сила.
5) Амплитудное значение рабочего напряжения.
6) Чувствительность по давлению.
рис.2 АЧХ в режиме приёма.
В ходе выполнения курсовой работы был выбран наиболее оптимальный активный материал, удовлетворяющий поставленной задаче. Произведен расчет характеристик полученного преобразователя и его схемы-аналога: геометрические размеры, энергетические характеристики, эквивалентные параметры и т. д. Выполнена работа с технической и патентной литературой. Освоен расчет частотных характеристик на ПК. Также в программе Microsoft Visio был выполнен чертёж цилиндрического преобразователя, который находится в приложении к курсовому проекту.