مقدمة ومبدأ محولات الطاقة

 

مقدمة لمحولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية:

 

محول الطاقة هو جهاز إلكتروني يحول الطاقة من شكل إلى آخر. تسمى عملية تحويل الطاقة من شكل إلى آخر.

محولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية تقوم بتحويل الإخراج الكهربائي لمصدر الطاقة إلى إخراج الاهتزاز. يمكن تحقيق هذا التحويل الكهروميكانيكي من خلال السيراميك الكهروضوئي (كما هو مبين في الشكل أدناه) أو المواد المغناطيسية. السيراميك الكهروضوئية هي جوهر المحولات.

تعتمد متطلبات المستشعر على التطبيق. سوف تتعارض العديد من المتطلبات مع بعضها البعض وسيتم إعطاء أولويات مختلفة. لذلك ، لا توجد مجموعة من الإرشادات التي يمكن أن تغطي جميع المتطلبات ، وهناك العديد من الطرق المختلفة لتحقيق نفس الهدف.

من منظور تحليلي ، لا يمكن التنبؤ بأداء محول الطاقة إلا بطريقة عامة. وذلك لأن خصائص السيراميك الكهروضوئية تعتمد غالبًا على ظروف العمل ، بما في ذلك درجة الحرارة ، وقوة المجال الكهربائي ، والإجهاد الانضغاطي الثابت ، والإجهاد الديناميكي ، وعدد دورات الحمل ، والوقت. يمكن أن تؤثر ظروف التشغيل هذه على بعضها البعض ، وعادة ما يكون تأثير هذه الظروف غير خطية. بالإضافة إلى ذلك ، فإن العديد من خصائص السيراميك الكهروضوئية هي العظام ويمكن أن تختلف بين السيراميك الكهربائي الفردي وبين دفعات السيراميك الكهروضوئية. بالإضافة إلى ذلك ، قد يكون من الصعب توصيف التفاعلات في واجهات مكونات مختلفة (كما هو الحال في المواضيع) ، ويمكن تقدير معامل نقل الحرارة الحراري المستخدم لتبريد الهواء فقط تقريبًا. لذلك ، تتضمن معظم عمليات التصميم اختبارًا تجريبيًا.

 

 

مبدأ العمل لمحول الطاقة بالموجات فوق الصوتية:

 

يمكن تقسيم محولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية إلى أجهزة الإرسال ، والمستقبلات ، والمستقبلين وفقًا لوظائفها ، كما هو مبين في الشكل 1. إلى الإشارات الكهربائية في الترددات القريبة من تردد التشغيل ، كما هو مبين في الشكل 2 ، من أجل تحسين كفاءة الإرسال. على العكس من ذلك ، تم تصميم تردد مضاد الرنين (FA) للمستقبل ليكون قريبًا من التردد بالموجات فوق الصوتية المستلمة ، كما هو مبين في الشكل 3 ، من أجل تحسين كفاءة الاستلام. تم تصميم تردد تشغيل جهاز الإرسال والاستقبال بين تردد الرنين (FR) والتردد المضاد للرنين (FA) من جهاز الإرسال والاستقبال ، كما هو مبين في الشكل 4. كلما زاد تردد تشغيل المحول ، كلما كان الدقة أفضل ، ولكن أقصر نطاق الكشف.

 

 

من أجل نقل الموجات فوق الصوتية التي تم إنشاؤها بشكل فعال من السيراميك الكهروضوئية إلى الأشياء أو السوائل (كما هو الحال في الهواء أو الماء) ، يجب مطابقة المعاوقة الصوتية بين السيراميك الكهروضوئي والأشياء أو السوائل من خلال طبقة مطابقة صوتية. إن سرعة الصوت وخصائص المعاوقة الصوتية للمواد الشائعة هي كما يلي:

 

مع مرور محولات الهواء بالموجات فوق الصوتية على سبيل المثال ، فإن المقاومة الصوتية للسيراميك الكهروضوئي حوالي 35 Mrayl (106 كجم/م 2 ∙) ، في حين أن المقاومة الصوتية للهواء منخفضة تصل إلى حوالي 414 Rayl (Kg/M2 ∙ S). لذلك ، تصبح طبقة المطابقة الصوتية مكونًا أساسيًا من محولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية ، الموضوعة بين السيراميك الكهروضوئي والهواء لتتناسب مع مقاومة الصوتية ونقل الطاقة بالموجات فوق الصوتية بفعالية إلى الهواء.

إن قيمة المقاومة الصوتية المثالية للطبقة المطابقة لمحول الهواء بالموجات فوق الصوتية هي Rayl ، تقريبًا 0. في الوقت الحاضر ، فإن مادة طبقة المطابقة الصوتية الشائعة الاستخدام هي مادة مركبة مصنوعة من مصفوفة البوليمر والمسحوق المجوف لتحقيق مقاومة صوتية أقل وموثوقية معقولة. وفقًا للتطبيق ، يمكن استخدام محولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية في وضع استلام الإرسال أو وضع استلام الإرسال. تجدر الإشارة إلى أن محولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية لها بطبيعتها خصائص رنين. عند تصميم محولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية لقياس القرب ، يحد الرنين من الحد الأدنى لمسافة الكشف. بشكل عام ، يتم استخدام طبقة التخميد لاستعادة محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية بسرعة إلى حالة ثابتة وتقليل الرنين.

 

هيكل محولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية:

 

يشتمل محول الطاقة الكهروضوئية بالموجات فوق الصوتية على سكن: طبقة مطابقة أو نافذة صوتية ، وخزفيات كهرودية ، ودعم ، والكابلات الصادرة ، بما في ذلك مستقبل الصفيف الصنج ، وحشيات الصفيف ، وتتألف من الأسلاك المنتهية الصالحة ، و {0}} التحويلات الكمارية ، وأحداث المعادن ، والحيوانات المعدنية ؛ يقع جهاز استقبال المصفوفة الصنج فوق محول الطاقة الكهروضوئية 3 ؛ باستخدام محول محول القرص السيراميك الكهروضوئي كحول الطاقة الكهروضوئية بالموجات فوق الصوتية ، النقل واستلام الإشارات بالموجات فوق الصوتية ؛ يقع جهاز استقبال المصفوفة الصنج على محول الطاقة الكهروإجهادية ، ويعمل كمستقبل بالموجات فوق الصوتية لاستلام إشارات صدى دوبلر خارج نطاق التردد لمحول القرص. مناسبة للمعدات بالموجات فوق الصوتية.

 

كيفية اختيار محول:

 

1. يجب أن يكون للمحول معاوقة إدخال عالية ومقاومة منخفضة الإخراج لتجنب تأثيرات الحمل.

2. يجب أن يكون محول الطاقة حساسًا للغاية للإشارة المطلوبة وغير حساسة للإشارات غير المرغوب فيها.

3. يجب أن يكون محول الطاقة قادرًا على العمل في بيئات تآكل.

4.