Оптимизация параметров согласующего слоя пьезоэлектрического преобразователя методом конечных элементов

Abstract

Приведена методика поиска оптимальных параметров согласующего слоя пьезоэлектрического преобразователя, предназначенного для излучения и приема ультразвуковых колебаний в газовой среде. В качестве способа оптимизации параметров согласующего слоя использовано моделирование пьезоэлектрического преобразователя методом конечных элементов с помощью программного пакета COMSOL Multiphysics. Представлены модели пьезоэлектрического преобразователя, и выполнена оптимизация параметров согласующего слоя в целях повышения эффективности преобразования электрического сигнала в ультразвуковые колебания и обратно. Полученные модели позволяют оценить частотные характеристики пьезоэлектрического преобразователя и проанализировать как эффективность взаимного преобразования электрической и ультразвуковой энергии, так и процесс распространения ультразвуковых волн. Показано, что моделирование методом конечных элементов дает возможность установить требования к материалу и геометрии согласующего слоя пьезоэлектрического преобразователя, а незначительное усложнение модели позволяет прогнозировать работу пьезоэлектрических преобразователей в режиме излучения и приема ультразвуковых сигналов в газовой среде при конструировании и изготовлении опытных образцов.