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Signalmodell des piezoelektrischen Schwingers

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Abstract:

The paper presents a new model fo thickness-mode piezoelectric transducers. The model is particularly well suited to the time-domain analysis of acoustic signals emitted and received by these transducers. The functional diagram of such a transducer, being a graphic representation of the model, enables the construction of difference equations for both the emitted and received signals as well as for the impulse responses of the transducer. These impulse responses are calculated for various acoustic loads, the waveforms of the emitted acoustic signals then being found by means of the convolution operation. The possibility of applying the model to the frequency-domain analysis of transducers is shown. Examples of transducer transfer functions and electrical impedance are given as well. The application of the presented model can be enlarged to cover broadband transducers with matching layers.

Zusammenfassung

Es wird ein neues Modell des piezoelektrischen Dickenschwingers vorgestellt. Das Modell wird insbesondere im Zeitbereich zur Analyse der durch den Schwinger abgestrahlten und empfangenen Signale verwendet. Das Schwingerfunktionsschaltbild als grafische Darstellung des erarbeiteten Modelles ermöglicht es, die Differenzengleichungen für die Sende- und Empfangssignale sowie für die Impulsantworten des Schwingers zu entwerfen. Die Impulsantworten werden bei unterschiedlichen akustischen Belastungen des Schwingers berechnet und anschließend werden die Verläufe der abgestrahlten akustischen Signale unter Benutzung der Faltungsoperation bestimmt. Es werden die Möglichkeiten der Anwendung des Modelles zur Schwingeranalyse im Frequenzbereich dargelegt. Beispiele der Schwingerübertragungsfunktion und seiner elektrischen Impedanz werden gegeben. Die Anwendung des präsentierten Modelles kann auf den Breitbandschwinger mit Anpassungsschichten ausgedehnt werden.

Sommaire

On présente un modèle nouveau pour les traducteurs piézoélectriques vibrant en épaisseur. Ce modèle est particulièrement bien adapté à l'analyse dans le domaine temporel des signaux émis ou captés par le traducteur. Le schéma fonctionnel du traducteur est considéré comme la représentation graphique du modèle en cours d'élaboration. On en déduit un moyen de construire le système d'équations aux différences auquel satisferont les signaux émis ou reçus par le traducteur, ainsi que ses réponses impulsionnelles. Ces réponses sont calculées pour différentes charges acoustiques imposées au traducteur. On détermine ensuite par convolution l'évolution temporelle des signaux acoustiques rayonnés par le traducteur. On démontre aussi la possibilité d'utiliser le même modèle dans le domaine des fréquences, avec, à l'appui, des exemples de fonctions de transfert et d'impédances électriques associées. Le modèle peut s'étendre aux traducteurs large bande munis decouches d'adaptation.

Document Type: Research Article

Publication date: October 1, 1988

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  • Acta Acustica united with Acustica, published together with the European Acoustics Association (EAA), is an international, peer-reviewed journal on acoustics. It publishes original articles on all subjects in the field of acoustics, such as general linear acoustics, nonlinear acoustics, macrosonics, flow acoustics, atmospheric sound, underwater sound, ultrasonics, physical acoustics, structural acoustics, noise control, active control, environmental noise, building acoustics, room acoustics, acoustic materials, acoustic signal processing, computational and numerical acoustics, hearing, audiology and psychoacoustics, speech, musical acoustics, electroacoustics, auditory quality of systems. It reports on original scientific research in acoustics and on engineering applications. The journal considers scientific papers, technical and applied papers, book reviews, short communications, doctoral thesis abstracts, etc. In irregular intervals also special issues and review articles are published.
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dav/aaua/1988/00000066/00000005/art00004
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