Điều kiện quan trọng của việc thiết kế đầu phát là tần số cộng hưởng riêng của máy phát phải phù hợp với tần số làm việc của biến tử siêu âm.
Để thiết kế và lắp ráp siêu âm, tất cả các phần tử của hệ siêu âm phải đúng kích cỡ để hệ thống làm việc tại tần số cộng hưởng. do đó chúng ta cần phải:
Lựa chọn tần số;
Lựa chọn các vật liệu thích hợp;
Xác định vận tốc truyền âm thanh trong vật liệu được lựa chọn;
Tính toán các kích thước lý thuyết;
Thực hiện các lắp ráp cần thiết cho hệ siêu âm;
Chiều dài của đầu phát thường tương ứng với nửa bước sóng. Các tính toán về kích thước của đầu phát dựa trên các dữ liệu đầu vào sau đây:
Tần số riêng của biến tử;
Đường kính ghép của biến tử;
Kích thước của công cụ - cực;
Dạng hình mũ Dạng nhảy bước
Dạng hình nón
Dạng hình trụ
Vật liệu làm công cụ-cực;
Vật liệu đầu phát tương tự như vật liệu làm công cụ -cực;
Loại đầu phát: nhảy bước (tổng chiều dài của đầu phát siêu âm bằng nửa
bước sóng - λ / 2);
Giá trị tần số của đầu phát siêu âm không tải (thấp hơn giá trị cuối cùng)
được sử dụng cho việc tính toán kích thước fcalc = 30260 Hz.
Hình 3.2. Đầu phát siêu âm nhảy bước (quan hệ và biên độ)
Tỷ lệ chuyển đổi (đạt được trong biên độ) có thể được tính bằng công thức sau :
(3.1) trong đó, là biên độ lý thuyết.
Vận tốc âm thanh được xác định trên mẫu chuẩn được làm từ vật liệu mẫu cùng loại với vật liệu làm đầu phát.
Do bề mặt tiếp xúc với đường kính nhỏ hơn nằm trên mặt phẳng nút, và tổng chiều dài của đầu phát có thể được tính thông qua mối quan hệ sau :
(3.2) Trong đó, các hệ số hiệu chỉnh và phụ thuộc vào các diện tích tiết diện của đầu phát.
Lý thuyết chiều dài của đầu phát nhảy bước có thể thu được bằng cách sử dụng các công thức sau đây :
và (3.3)
Trong đó,
, (3.4)
(3.5) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Từ các phương trình trên, chúng tôi tiến hành tính toán các thông số cho đầu phát siêu âm, kết quả được thể hiện trong hình 3.3.
Hình 3.3. Mặt cắt ngang của đầu phát siêu kiểu hội tụ
Đầu phát sau khi hoàn thiện được lắp ráp vào cụm biến tử tạo thành đầu phát siêu âm kiểu hội tụ như hình 3.4.
Hình 3.4. Đầu phát siêu âm hội tụ đã lắp ráp hoàn thiện
Hình 3.5. Phổ cộng hưởng của đầu phát siêu âm
Tần số cộng hưởng của đầu phát siêu âm là 39.5 kHz