Boletín de la Sociedad Española de Cerámica y Vidrio (Aug 2009)
Ultrasonic transducers with resonant cavities as emitters for air-borne applications
Abstract
In this work a new proposal to improve the emission efficiency of air-borne ultrasonic transducers is introduced. A theoretical ultrasonic transducer design is studied using a piezoelectric membrane and a Helmholtz resonator with two acoustic ports. The resonator provides radiation in the acoustic ports in phase with that of the membrane. Several finite element simulations and experimental results are used to study the device. The finite element models were used to compare its behaviour with that of conventional vacuum-cavity transducers. These results show an improvement in the bandwidth reaching a quality factor value of 19. Furthermore, the experimental measurements were used to study the effects of the resonant cavity in the response. Several measurements for different cavity depths were performed. The results show an improvement of 25 dB in the emitted pressure through tuning the transducer.<br><br>En este trabajo se presenta una nueva propuesta para mejorar la eficiencia de transductores ultrasónicos acoplados a aire. Para este estudio se ha empleado un diseño teórico de transductor ultrasónico que utiliza una membrana piezoeléctrica y un resonador de Helmholtz con dos puertos acústicos. El resonador hace que la radiación en los puertos acústicos se encuentre en fase con la producida por la membrana. Para estudiar el dispositivo se utilizaron resultados obtenidos mediante programas de elementos finitos y resultados experimentales. Por un lado, los modelos de elementos finitos se utilizaron para comparar el comportamiento del dispositivo con el de transductores convencionales con cavidades al vacío. Estos resultados indican una mejora en el ancho de banda alcanzando valores de factor de calidad de 19. Por otro lado, los resultados experimentales se emplearon para identificar los efectos de la cavidad resonante en el funcionamiento del dispositivo. Para ello se realizaron varias medidas utilizando ciertas profundidades de cavidad. Los resultados muestran una mejora de 25 dB al afinar el transductor utilizando la cavidad más apropiada.
