Characterization of Ultrasonic Transducers for Wind Speed Measurement

U okviru ovog rada detaljno su opisani tijek razvoja, način rada, konstrukcija i primjena ultrazvučnih pretvarača. Ultrazvučni pretvarači su uređaji koji zvučne valove u frekvencijskom rasponu ultrazvuka pretvaraju u električne signale i obrnuto. Ultrazvučni pretvarači su najčešće uređaji malih dimenzija i kompaktne građe. U nekoliko poglavlja, detaljno su opisana najvažnija svojstva tipičnog ultrazvučnog pretvarača, kao što su rezonantna frekvencija, pojas frekvencija, usmjerenost karakteristike zračenja, domet emitiranog signala. Analiziran je nadomjesni električki model piezoelektričkog materijala unutar ultrazvučnog pretvarača. Piezoelektrični materijali su osnovni gradivni element većine ultrazvučnih pretvarača. Piezoelektrični efekt je svojstvo nekog materijala da se pod utjecajem mehaničkog naprezanja polarizira, stvarajući tako električno polje. Obrnuti piezo efekt je svojstvo materijala da pod utjecajem električnog polja mijenja oblik i dimenzije. U nastavku rada, opisan je način rada ultrazvučnog anemometra, struktura takvog uređaja, te su ispitana svojstva konkretnog modela ultrazvučnog pretvarača implementiranog u cjeloviti sustav.This thesis describes the course of development, operation, construction and application of ultrasonic transducers. Ultrasonic transducers are devices that transform sound waves in ultrasonic range of frequency into electrical signal and vice versa. Ultrasonic transducers are usually small devices with compact structure. Most important characteristics of typical ultrasonic transducers, such as resonant frequency, frequency bandwidth, directivity characteristic of radiation and range of transmitted signal were described and examined in several chapters. Equivalent circuit of piezoelectric crystal was analyzed and described in detail. Piezoelectric materials are the basic structural components of majority of ultrasonic transducers. Piezoelectric effect is a property of the material that is under the influence of mechanical stress to polarize, thus creating an electric field. Reverse piezoelectric effect is the property of specific material that is under the influence of an electric field to change its dimensions and shape. Last two chapters describe operation of ultrasonic anemometer and construction of such device, as well as the adaptation of the whole system to the specific characteristics of ultrasonic transducers