Tính đồng nhất của biên độ đầu dò là gì?

Jul 30, 2024

Uniformity of transducer amplitude 2

Giới thiệu

Tính đồng nhất biên độ (thường chỉ là "tính đồng nhất") là thước đo sự biến đổi của biên độ trên một bề mặt nhất định.

Cần một đòn bẩy biên độ thống nhất

Ví dụ, trong một ứng dụng hàn nhựa siêu âm, hai dải dày và rất linh hoạt được hàn lại với nhau. Để hàn đồng đều dọc theo khớp, một lượng năng lượng siêu âm bằng nhau phải được chuyển đến mỗi điểm dọc theo khớp hàn. Vì truyền năng lượng là một hàm của biên độ của biên độ của thanh biên độ, nên truyền năng lượng bằng nhau đòi hỏi biên độ bằng nhau của thanh biên độ ở mỗi vị trí trong đó thanh biên độ tiếp xúc với dải. Nếu biên độ của bề mặt thanh biên độ là không đồng đều, một số phần của khớp có thể không có đủ mối hàn, trong khi những phần khác có thể có các mối hàn quá mức. Do đó, tính đồng nhất của biên độ trên bề mặt của đòn bẩy biên độ là một cân nhắc quan trọng trong thiết kế của cần số biên độ. .

Các yêu cầu đồng nhất chính xác sẽ phụ thuộc vào ứng dụng. Nhựa cứng có thể chịu được các thanh biên độ không đồng đều ở một mức độ nào đó. Điều này là do nhựa cứng có thể truyền năng lượng siêu âm đến các khu vực khớp liền kề, dẫn đến sự phân bố năng lượng đồng đều hơn dọc theo các khớp. Ngoài ra, nhựa cứng cho phép kết nối (giám đốc năng lượng), đôi khi bù cho độ đồng nhất không đủ của thanh biên độ. Cuối cùng, nhiều ứng dụng hàn nhựa chỉ yêu cầu một cường độ hàn trung bình nhất định, cho phép một số hàn quá mức và được hàn dọc theo khớp.

Uniformity of transducer amplitude 7

Khi cần có tính đồng nhất cao:

1. Niêm phong. Con dấu kín đòi hỏi đủ cường độ liên kết dọc theo toàn bộ ngoại vi của nó. Sừng thống nhất làm tăng khả năng thành công.

2. Ứng dụng phim mỏng. Khi hàn màng mỏng (như vải sợi tổng hợp), bộ phim quá linh hoạt để truyền năng lượng siêu âm đến các khu vực liền kề. Hơn nữa, bộ phim này không thể được thiết kế hợp tác với một đạo diễn năng lượng. Do đó, trách nhiệm hoàn toàn đối với hàn thích hợp nằm ở đầu hàn (giả sử vật cố đã được thiết kế chính xác).

3. Đòn bẩy biên độ tổng hợp. Thanh biên độ tổng hợp bao gồm một thanh biên độ mẹ được kết nối với một thanh biên độ nhọn. Nếu đòn bẩy biên độ của mẹ không có biên độ bề mặt đồng đều, cần gạt biên độ đầu sẽ uốn cong. Điều này có thể dẫn đến sự thất bại mệt mỏi của thanh biên độ đầu, các vấn đề kết nối giữa đầu và thanh biên độ mẹ, các lỗi uốn cong của bộ chuyển đổi, các vấn đề cộng hưởng sai và hàn kém.

4. Đầu nối biên độ cao. Khi khớp hoạt động ở biên độ cao, nó có thể xấu đi do chuyển động vi mô tại giao diện tiếp xúc. Điều này sẽ dẫn đến việc tạo nhiệt và mất điện cao hơn; Nếu vấn đề là nghiêm trọng, các khớp có thể bị kẹt. Nếu khớp có biên độ cao và tính đồng nhất của đòn bẩy biên độ trên khớp là kém, thì vấn đề này sẽ còn tồi tệ hơn.

Uniformity of transducer amplitude 3

Lý do cho sự không đồng đều

Biên độ không đồng đều là do khớp nối Poisson, vì vậy khi bộ cộng hưởng rung theo chiều dọc, nó sẽ "thở" theo sau. Tuy nhiên, hơi thở này không đồng đều dọc theo chiều dài của bộ cộng hưởng - nghĩa là, lượng hơi thở cao nhất ở điểm căng thẳng cao nhất (căng thẳng). Do đó, đối với các bộ cộng hưởng không được định hình, hô hấp sẽ cao nhất ở các nút và thấp nhất (gần bằng không) ở các bề mặt đầu ra và đầu vào. Phân phối hơi thở không đồng đều này dẫn đến biên độ khuôn mặt không đồng đều. Hiệu ứng này được hiển thị trong hình sau.

Uniformity of transducer amplitude 8

Thể tích thở phụ thuộc vào ba yếu tố

1. Tỷ lệ của Poisson. Các vật liệu có tỷ lệ Poisson cao thở nhiều hơn, dẫn đến giảm tính đồng nhất biên độ.

2. Bước sóng dòng tốt. Các vật liệu có bước sóng ngắn (tốc độ sóng thấp) có biến dạng lớn hơn ở biên độ nhất định, dẫn đến hô hấp lớn hơn.

3. Kích thước ngang. Một bộ cộng hưởng với chiều rộng, độ dày hoặc đường kính lớn hơn sẽ thở nhiều hơn so với bộ cộng hưởng mỏng hơn của nó.

Yếu tố đầu tiên chỉ phụ thuộc vào vật liệu. Yếu tố thứ hai phụ thuộc vào vật liệu (tốc độ sóng) và tần số. Yếu tố thứ ba phụ thuộc vào thiết kế cộng hưởng. Hình dạng thon của bộ cộng hưởng có thể được xác định bằng cách kết hợp các yếu tố thứ hai và thứ ba.

Đối với các bộ cộng hưởng không định hình, kích thước bên là đường kính. Do đó, khi đường kính của bộ cộng hưởng bằng một nửa bước sóng của đường mỏng, chiều dài mảnh là 1. 0.

Bước sóng tỷ lệ nghịch với tần số. Do đó, nếu kích thước bên của bộ cộng hưởng vẫn không thay đổi, bộ cộng hưởng có thể xuất hiện mỏng ở 20 kHz nhưng có thể xuất hiện "mạnh mẽ" ở 40 kHz. (Không có giá trị thanh mảnh cụ thể để xem xét một bộ cộng hưởng mạnh mẽ.)

Do đó, để giảm thở và cải thiện tính đồng nhất --

1. Bộ cộng hưởng phải thon (bước sóng dài và kích thước bên nhỏ).

2. Vật liệu cộng hưởng nên có tỷ lệ của Poisson thấp.

Bảng và biểu đồ sau đây cho thấy ảnh hưởng của một sừng Ø 125 mM không định hình 20 kHz được làm từ các vật liệu âm thanh điển hình (nhôm, titan và thép) và hai vật liệu khá cực trị (composite nhôm beryllium và đồng thau).

Uniformity of transducer amplitude 4