Experimental Data on Dynamic Changes of Radio Pulses When They are Emitted by Piezoceramic Electromechanical Transducers

Abstract

У статті розглядається питання спотворень акустичних сигналів, які випромінюються п'єзоелектричними перетворювачами, по відношенню до електричних сигналів збудження. Експериментальним шляхом показано, що в акустичних локаційних системах збуджуючі електричні імпульсні сигнали істотно відрізняються від випромінюваних ними акустичних імпульсів. Дослідження проводилося на циліндричному п'єзокерамічному перетворювачі. Причиною цих відмінностей є наявність в складі локаційних систем п'єзокерамічних електромеханічних перетворювачів. Їх резонансні коливальні системи утворені двома контурами – електричним і механічним, пов'язаними між собою ідеальним електромеханічним трансформатором. Фізичні властивості цих контурів істотно розрізняються між собою за своїми призначеннями і властивостями. Електричний контур перетворювача бере участь тільки в перетворенні енергії, а його механічний контур – і в перетворенні енергії, і в її формуванні в навколишньому середовищі. Основною відмінністю контурів у властивостях є значна інерційність механічного контуру, як механічної резонансної коливальної системи, і інерційність навантажувального ним середовища при випромінюванні звуку. Саме цим пояснюється виникнення перехідних процесів при формуванні акустичних імпульсів і їх відсутність при формуванні електричних імпульсів. Експериментальним шляхом встановлено, що спотворення акустичних імпульсів обумовлені перехідними процесами. Вони полягають в плавному наростанні переднього фронту акустичного імпульсу і спаданні його заднього фронту, а також появі на початку і в кінці коротких, різких «сплесків» амплітуд акустичних тисків. Показано, що величина і характер прояву динамічних спотворень акустичних імпульсів залежать від співвідношення частот гармонійного заповнення електричних імпульсів і частоти механічного резонансу п'єзокерамічного електромеханічного перетворювача. Були досліджені частоти заповнення 3,5; 7 і 10 кГц, які відповідають частотам нижче механічного резонансу перетворювача, частоті резонансу і частотам вище механічного резонансу. Зроблено висновок про необхідність оцінки дозволяють здібностей акустичних локаційних пристроїв по їх акустичним імпульсам випромінювання і прийому.

The article discusses the issue of distortion of acoustic signals emitted by piezoelectric transducers in relation to electrical excitation signals. It has been shown experimentally that in acoustic locating systems, exciting electrical pulse signals differ significantly from the acoustic pulses emitted by them. The study was carried out on a cylindrical piezoceramic transducer. The reason for these differences is the presence of piezoceramic electromechanical transducers in radar systems. Their resonant oscillatory systems are formed by two circuits, electrical and mechanical, interconnected by an ideal electromechanical transformer. The physical properties of these contours differ significantly in their purposes and properties. The electrical circuit of the converter is involved only in the conversion of energy, and its mechanical circuit is involved both in the conversion of energy and in its formation in the environment. The main difference in the properties of the circuits is the significant inertia of the mechanical circuit as a mechanical resonant oscillatory system and the inertia of the medium loading it when sound is emitted. This explains the occurrence of transient processes during the formation of acoustic pulses and their absence during the formation of electrical pulses. The distortions of acoustic pulses caused by transient processes have been experimentally established. They consist of a smooth rise of the leading edge of the acoustic pulse and the decay of its rear front, as well as the appearance at the beginning and at the end of short, sharp "bursts" of acoustic pressure amplitudes. It is shown that the magnitude and nature of the manifestation of dynamic distortions of acoustic pulses depend on the ratio of frequencies of harmonic filling of electrical pulses and the frequency of mechanical resonance of a piezoceramic electromechanical transducer. Filling frequencies of 3.5, 7 and 10 kHz were investigated, which correspond to frequencies below the mechanical resonance of the transducer, the resonance frequency, and frequencies above the mechanical resonance. It is concluded that it is necessary to assess the resolution of acoustic locating devices based on their acoustic pulses of radiation and reception.