Zil tipi piezokompozit transdüser tasarımları ve akustik uygulamaları
Cymbal piezocomposite transduser designs and acoustic applications
Yazar: ALİ ERMAN ÜZGÜR
Danışman: PROF. DR. AYDIN DOĞAN
Anadolu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Seramik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering

Özet:
Bu çalışmada malzeme ve boyutsal parametrelerin zil tipi (cymbal)transdüserin sualtı ve hava akustik performansına etkileri deneysel ve sonluelemanlar analizi (FEA) yöntemleriyle çalışılmıştır. FEA ile deneysel sonuçlarınbirbirleriyle uyumlu oldukları ispatlandıktan sonra, cymbal transdüserin sualtıperformansı ve hidrostatik basınç altındaki davranışlarının tesbiti için FEAkullanılarak geniş bir parametrik çalışma gerçekleştirilmiştir. Daha sonra cymbaltransdüserin hidrostatik basınç altındaki bozunum mekanizmasının sebepleriaçıklanmıştır. Daha yüksek bant genişliğine ulaşılması için metal kapaklarınaltındaki oyuk boşluğu polimer ile doldurulmuştur. Böylece visko-elastiksönümlenme yaratılmaya çalışılmıştır. Sualtı çalışmalarına ek olarak cymbaltransdüserin hava akustik transdüseri olarak kullanılmasının uygunluğuaraştırılmıştır.Su içerisinde malzeme ve boyutsal parametrelerin değiştirilmesiyle ilkrezonans modunda 3-250 kHz aralığında ayarlama yapılabilmektedir. Ölçekfaktörü, oyuk derinliği ve PZT kalınlığının sualtı alıcı/verici (TVR/FFVS)performansı üzerinde güçlü etkileri olduğu bulunmuştur. Ayrıca transdüserinsualtı hassasiyeti ve hidrostatik basınç töleransı üzerine en önemli etkiyi oyukderinliği ve kapak malzemesinin gerçekleştirdiği belirlenmiştir. Bant genişliğiüzerine yapılan ilk çalışmalarda, bant genişliğinde istenen düzeyin kapak altındapolimer kullanımıyla elde edilebileceği gösterilmiştir. En son olarak cymbaltransdüserin hava akustik transdüseri olarak kullanılması için geliştirilen yenitasarımla hava akustik ortamında yüksek değerlerde ses basıncı elde edilmiştir.Anahtar Kelimeler: Cymbal transdüser, elektroakustik, Sonlu Elemanlar Analizi(FEA), tasarım optimizasyonu, piezoelektrik

Abstract:
The effects of changes in materials and dimensions on the cymbal-typeflextensional transducers, in water-loaded and in air were examinedexperimentally and through finite-element-analysis (FEA). After gainingexperience and confidence in the FEA models, extensive parametric studies wereperformed using FEA to investigate the size and material effects on cymbalunderwater transducer characteristics and pressure dependence. The failure modein cymbal transducers under hydrostatic pressure is described. Cavity beneath theendcaps of the cymbal transducer was partially filled with polymeric media tocause visco-elastic damping in order to reach higher bandwidth. In addition,feasibility of cymbal transducer for air acoustic applications was investigated.Adjusting the dimensions and materials used for drivers and endcaps providesa range in the fundamental flexural frequency from about 3 to 250 kHz in water.The scaling factor, cavity depth, and PZT thickness had the strongest effects onthe projector/receiver performance (TVR/FFVS). It was found that cavity depthand endcap material have a very strong effect on the stability of underwatersensitivity and pressure tolerance of these devices. Initial studies showed thatbandwidth of the cymbal transducer can be tuned to the desired value by fillingthe cavity beneath the endcaps with polymeric materials. Finally, it was showedthat the new air acoustic design of piezocomposite cymbal transducer posses veryhigh sound pressure level and it can be used in air acoustic applications.Keywords: Cymbal transducer, electroacoustic, Finite Element Analysis (FEA),optimization, piezoelectricity