بررسي عددي اثر پيش‌تنش در ترانسديوسر فراصوتي نوع پيزوالكتريكي

امروزه ترانسديوسرهاي فراصوتي پيزوالكتريكي كاربردهاي متفاوتي در صنايع مختلف دارند، جهت طراحي و مدل‌سازي اين ترانسديوسرهاي فراصوتي روش‌هاي مختلفي شامل سعي و خطا، تحليل يك بعدي و سه بعدي، روش مدارمعادل الكتريكي و روش عددي وجود دارد. در اين مقاله نحوه مدل‌سازي و طراحي ترانسديوسر فراصوتي نوع پيزوالكتريكي با در نظر گرفتن پيش‌تنش ناشي از سفت كردن پيچ مركزي ترانسديوسر به كمك روش عددي المان محدود بررسي شده است. هدف از اين مدل‌سازي تعيين فركانس رزونانس دقيق ترانسديوسر فراصوتي، شكل مود ارتعاشي طولي و محل گره ارتعاش طولي ترانسديوسر پيزوالكتريكي ساندويچي با در نظر گرفتن پيش‌تنش است. ترانسديوسر طراحي شده از دو عدد ديسك پيزوالكتريك (PZT8)، يك قطعه پشت‌بند استوانه‌اي از جنس فولاد (St304)، سه قطعه الكترود از جنس برنج و قطعه تطبيق مخروطي از جنس (Al7075-T6)، يك پيچ مركزي فولادي تشكيل شده ‌است و با در نظر گرفتن پيش‌تنش ناشي از بستن پيچ مركزي به صورت سه‌بعدي كامل و 4/1 سه‌بعدي توسط نرم‌افزار المان محدود آباكوس تحليل شده است سپس مقدار واقعي فركانس رزونانس ترانسديوسر مدل‌سازي و ساخته شده توسط دستگاه Network analyzer تعيين گرديده است. نتايج بدست آمده از آزمون‌ها نشان دهنده تطابق بسيار خوب بين مقادير اندازه‌گيري شده‌ واقعي فركانس و مقادير بدست آمده از مدل‌سازي عددي با اعمال پيش‌تنش در ترانسديوسر فراصوتي نوع پيزوالكتريكي مي باشد.