이 블로그 게시물에서는 초음파 센서가 작동하는 방법과 진동 압전 디스크가 초음파를 생성하는 방법에 대해 설명합니다. 우리는 또한 유한 요소 분석을 사용하여 온 스케일에서 초음파 센서를 시뮬레이션하는 방법을 보여 대화 형 데모를 포함했다. 초음파 감지기는 초음파를 방출하고 받을 수 있는 체계입니다. 그것은 일반적으로 객체와의 거리를 감지하는 데 사용됩니다. 그것은 또한 교류 전압에서 초음파를 생성하기 때문에”변형기”의 가족에 속합니다. 따라서 전기 에너지를 음향 에너지로 변환합니다.
다음은 초음파 센서의 예입니다:
초음파 센서는 어떻게 작동합니까?
이 센서 뒤의”웨이브 생성”메커니즘을 살펴 보겠습니다.
이 센서의 원리는 간단합니다:
- 압전피자재료로 만든 디스크는 일정한 장력을 가한 상태에서 진동하여 이미터로부터 초음파를 발생시킨다.
- 그 파동이 물체와 만나면 수용체 센서로 돌아온다.
- 센서와 물체 사이의 거리는 단순 관계를 이용하여 계산된다.
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참고:이 파동은 파도가 앞뒤로 이동한다는 사실에서 비롯됩니다.
진동 압전 원판은 어떻게 초음파를 생성합니까?
모든 재료는 기본”크리스탈”로 만들어집니다. 이 결정들은 특정한 방식으로 배열되고 다른 종류의 양전하 또는 음전하를 갖는 원자로 만들어집니다.
몇몇 물자에는 다른 사람 보다는 전기장에 분별있는 결정 구조가 있고 시간 의존하는 전압의 밑에 진동합니다. 그 결정은 압전 효과가 가장 중요한 곳입니다. 석영,토르말린 및 로쉘의 소금과 같은 압전 결정에서 결정은 양쪽 끝에 육각형 모양을 가지고 있습니다. 그것에는 3 개의 도끼가 있고,거기 광학 축선,전기 축선 및 기계적인 축선이 있습니다. 압력 또는 기계적인 힘이 압전 결정의 분극 축선에 따라서 적용될 때 그 때 전기를 일으킵니다.
초음파 센서를 어떻게 시뮬레이션합니까?
2 차원 또는 3 차원에서 초음파 센서를 시뮬레이션하려면 전압,기계적 변형 및 음파 간의 양방향 결합을 올바르게 처리할 수 있는 소프트웨어가 필요합니다. 온스케일은 이 3 가지 물리학을 완전히 결합된 방식으로 처리함으로써 이를 수행할 수 있습니다. 온 스케일의 또 다른 장점은 주 솔버가 비선형 명시 적 솔버라는 것입니다. 온 스케일로 입력하고 계산하는 모든 신호는 시간 이력 신호이며,이는 오실로스코프 튜링 물리 실험에서 실제로 관찰 할 수있는 것과 매우 가깝다는 것을 의미합니다. 또한 고속 푸리에 변환을 사용하여 임피던스와 주파수 신호를 계산할 수 있습니다.
완전히 결합 된 다중 물리학 솔버는 훨씬 더 큰 문제를 훨씬 빠르게 계산하고 시뮬레이션 할 수 있습니다. 이것은 초음파 센서를 시뮬레이션 할 때 매우 관련이 있습니다.
물속에 잠긴 초음파 센서 시뮬레이션
물속에 잠긴 간단한 트랜스듀서의 3 차원 시뮬레이션을 생각해 봅시다. 대칭 경계 조건은 해결 시간을 줄이기 위해 치사한 사람 기하학 및 모델 크기를 단순화하는 데 사용됩니다. 변형기는 압전 세라믹 물자의 맞은편에 적용된 전기 짐으로 몹니다.
기본적으로 압전 두께,압전 반경 및 일치하는 레이어 두께가 구성 변수로 추가되어 온 셰이프의 구성 패널을 통해 빠르게 액세스 할 수 있습니다.
이 모델은 여기에서 다운로드 할 수 있습니다
결과
이 모델에서,우리는 다음과 같은 모든 출력 결과를 얻을 수 있습니다:
- 전기 임피던스
- 베이스 설계의 모드 형상(고조파 분석)
- 최대 음향 압력
시뮬레이션 프로세스의 대화 형 자습서
우리는 새로운 온 스케일 사용자가이 초음파 센서를 시뮬레이션하는 방법을 발견 할 수있는 간단한 대화 형 경험을 만들었습니다.
이 대화 형 데모에서,당신은 배울 것이다:2-전압 부하를 할당하는 방법
3-클라우드에서 온 스케일로 해당 모델을 시뮬레이션하는 방법
자세한 자습서를 더 자세히 살펴보고자 하는 경우 여기에서 디자이너 자습서를 확인하십시오.