半波长夹心式换能器的理论分析和计算(Ⅰ)

半波长夹心式换能器的设计有二种方法：一种是已知前盖，后盖，压电陶瓷 堆三部分中的二部分长度，求第三部分的长度；另一种是在半波长夹心式换能器 中选定节点，然后分前后二部分进行设计，分别确定三个部分的长度。 本文讨论了第一种半波长夹心式换能器的设计方法。按一维问题处理，从一般 形式出发，在理论上推导出了有负载情况下，半波长夹心式换能器的频率方程，同 时导出了半波长夹心式换能器各点的位移，振速、应变，纵向弹性力，应力和振速 放大系数的一般关系表达式，为今后各种形状的半波长夹心式换能器的设计提供理 论计算依据。     

半波长夹心式换能器的理论分析和计算(Ⅱ)

本文所讨论的半波长夹心式换能器的设计方法是先选定节点，然后分前后两部分进行设计，以确定三部分的长度。从一般形式出发，按一维问题考虑，从理论上推导出了有负载情况下，夹心式换能器的频率方程，同时导出了夹心式换能器各点的位移，振速，应变，纵向弹性力，应力和振速放大系数的一般表达式，为各种形状的半波长夹心式换能器设计提供理论依据。     

半波长聚能器的理论分析与计算

带有聚能器（又称变幅杆或速度变换器）的超声换能器的设计，通常按半个波长 和一个波长这二种方法进行设计。本文讨论了一个波长的设计方法，以超声换能器 的波腹为界，把换能器分为聚能器和夹心式发生器二部分，然后，从一般形式出发， 引入形状函数，根据聚能器各部分的边界条件和连续条件，按一维问题，从理论上 推导出了在有负载情况下，复合聚能器的频率方程，同时导出了计算复合聚能器各 点的位移，振速，应变，纵向弹性力，应力和振速放大系数的一般表达式，为今后 各类聚能器的设计提供理论依据。     

一种大功率超声换能器的设计

基于超声换能器设计理论,提出一种大功率超声换能器的设计及工程计算方法。该换能器由纵向振动夹心式换能器、半波长圆锥形变幅杆和盘棒式工具头组成,根据设计参数及特点,实际制作换能器,通过测试该换能器频率f=20.24kHz,标称功率可达1500W,符合设计初衷。进而验证了这种计算方法的可行性。该换能器可用于污水处理、油田开采及生物柴油等领域的技术开发中,具有推广价值。     

四分之一波长超声聚能器设计──指数形和双曲函数形

在超声加工应用中，超声换能器设计是相当重要的，这类超声换能器可由半波 振子和半波聚能器组成，或者如本文所介绍的，可由四分之一波长振子和四分之一 波长聚能器组成。显然，在同样工作频率下，后者具有总长度（半个波长）最小优点， 从而换能器的体积、重量也最小，这就可能获得单位重量的换能器材料的高功率输 出。本文介绍了指数形和双曲函数形四分之一波长聚能器的计算，给出了一系列表 达式和相应的计算曲线，其中包括上述两种四分之一波长聚能器的频率方程，换能 器轴向振速和应力分布以及换能器的前后振速之比。计算机辅助设计给出了所要设 计的超声换能器的结构图以及各个设计参数的计算曲线．     

夹心式压电超声换能器的等效电路设计法

通过力电类比法，给出了夹心式超声换能器的等效电路图，推导出前后盏板均为圆柱形的换能器的前后振速比的一般公式和换能器的频率方程。     

四分之一波长聚能器的理论分析与计算

聚能器是超声换能器的重要组成部分。通常按１／２波长和１／４波长这二种方法进行设计。本文讨论了１／４波长聚能器的设计方法，从一般形式出发，引入形状函数，根据聚能器各部分的边界条件和连续条件，按一维问题考虑，从理论上推导出了在有负载情况下，复合聚能器的频率方程和各部分的待定系数，从而可以导出复合聚能器各点的位移、振速、应变，纵向弹性力及应力的一般表达式。     

纵振换能器式圆筒型超声电机振动特性的研究

以纵振夹心换能器式圆筒型超声电机为研究对象,对换能器的振动状态进行了分析,给出了换能器弯曲振动的产生原因;研究了耦生弯振对电机机电耦合系数以及圆筒中弯振行波质量所带来的影响,耦生弯振的存在使得定子模态特征频率偏离换能器谐振频率,并使得定子圆筒中的弯振行波产生了畸变。最后,提出一种采用换能器弯振激励圆筒径向弯振的模态组合方式。     

夹心式压电陶瓷超声换能器的非线性研究进展

夹心式压电陶瓷超声换能器是目前大功率超声设备中应用最广的一种换能器,其在大功率工作状态下会呈现出明显的非线性特征。综述了夹心式压电陶瓷超声换能器非线性方面的研究进展。首先介绍了国内外在压电陶瓷非线性方面的重要理论及实验研究成果,着重阐述了大功率领域常用的硬压电陶瓷的非线性研究工作,其次对夹心式压电陶瓷超声换能器的结构及工艺所引起的非线性进行了简要分析和论述,最后介绍了夹心式压电陶瓷超声换能器非线性建模方面的研究进展。     

气介式功率超声复合换能器的声辐射特性研究

本文对气介式功率超声复合换能器的辐射声场进行了理论计算并与实验结果进行了对比。该复合换能器由夹心式纵向振动半波长换能器及弯曲振动的薄圆盘组成。从理论上推出了弯曲振动辐射圆盘在不同边界条件下的辐射声场分布及其共振频率方程。理论分析结果表明,固定边界弯曲振动圆盘辐射声场的指向性最佳,并且指向性的理论计算结果与实验结果符合很好。     

夹心式复频功率超声压电换能器及其电端匹配电路的研究

本文研究了夹心式复频功率超声压电换能器的理论设计及其电端匹配电路.探讨了换能器的电端电抗元件对换能器振动性能的影响,并提出了一种利用电抗元件改变换能器不同振动模式共振频率的方法.所得结果可用于复频换能器匹配电路的设计及换能器不同振动模式共振频率的调节.     

两种超声清洗槽中的声场研究

本文对两种超声清洗槽中声场的均匀程度、超声频谱及换能器辐射阻抗进行了研究。一种是由夹心式换能器纵向振动通过清洗槽底向槽中辐射产生的声场,另一种是由夹心式换能器激发矩形薄板产生弯曲振动通过槽底向槽中辐射的声场。     

小型高灵敏度气介超声换能器的工艺控制

一、前言 以空气为辐射媒质的气介式超声换能器,以往大都采用圆管式、夹心式、弯曲式等几种形式。其中弯曲式换能器由于具有较低的辐射阻抗,容易向气体中辐射超声波,因而常被优先考虑使用。在弯曲式换能器中,由于结构方式及支撑条件的不同,灵敏度的差异相差甚大。结构简单,制作方便的换能器,一般灵敏度不高,而高灵敏度的换能器,则结构工艺、支撑条件不易控制及制作。本文叙述用于超声控制器的一种小型气介换能器,在使用频率为40千赫左右时,其灵敏度比其它形式的换能器都高,而结构合理、工艺简单。适当控制工艺条件,换能器一致性较好。 二、…     

计及横向振动的夹心式功率超声压电换能器

研究了大尺寸夹心式压电换能器的耦合振动。通过引入各部分的振动耦合系数及等效弹性系数,推出了换能器的耦合振动频率方程。与一维理论比,本方法不受换能器横向尺寸的限制。与数值方法比、本方法无需电子计算机就可迅速得出结果。实验表明,本方法得出的夹心式换能器的共振频率比一维理论得出的结果更接近于实测值。     

夹心式复合变幅杆换能器频率方程的推导

应用复合变幅杆及夹心式换能器结构,研制了一种新型夹心式发射换能器。根据等效电路理论推导了这种夹心式复合变幅杆换能器的等效电路模型,得出了换能器频率方程。考虑黄铜电极片对压电振子的密度及等效纵波声速的影响,应用等效参数理论修正了频率方程。通过实验验证,误差由修正前的2.09%降低到修正后的0.64%。     

超声换能器表面振动和声场测量及其与经典超声换能器的仿真比较

超声换能器广泛应用于声学测量,其工作性能主要取决于它的振动与声特征。然而,多数研究中的换能器被认为是经典的活塞或高斯型,经典与常用的真实换能器之间的差异容易被忽视。基于此,首先用激光测振和传声器测声方法测量了某厂家换能器产品的表面振动与声场特征。然后设计有限元方案,分别仿真经典与真实换能器的声场。最后从辐射面振速分布、声场声压和相关系数等方面,综合比较经典与真实超声换能器之间振动与声场的异同。结果表明,换能器间的辐射面振速分布差别明显,所研究的真实换能器的声场特征接近于活塞,而与高斯型差别较大。     

一种超声手术刀推挽激励换能器的研究

设计了一种超声手术刀用的新型推挽激励换能器。它是在夹心式单晶堆压电超声换能器的经典构造基础上,把原先激励一组压电陶瓷晶片堆的方式,改为同时施加反相激励的前后两组晶堆。利用有限元方法,对该推挽激励换能器进行模态分析和频率响应分析。在相同大小的电压激励下,相对单晶堆换能器,推挽激励换能器可以获得更高的工作带宽和机电耦合系数,提高了换能器的电声转换效率。按照仿真结果加工推挽激励换能器,实现良好的动力学和电学特性,满足设计要求。     

A3夹心式压电超声扭转换能器的研制

本文对夹心式压电超声扭转振动换能器进行了理论及实验研究，得出了对称型扭转振动夹心换能器的共振频率设计方程，给出了频率方程式中一些主要的物理量的具体表达式。在此基础上，实际设计并制作了一个夹心扭转振动换能器，并对其所有的电声参数进行了测试     

纵横耦合振动夹心式压电超声换能器的研究

本文利用解析方法研究了大尺寸及高频夹心式压电超声换能器的耦合振动。通过引入各部分的振动耦合系数及等效弹性系数，推出了换能器的基模耦合振动频率方程。与数值方法相比，由于计算公式具有简单的解析表达形式，因此无需电子计算机就可迅速得出结果。实验表明，本文理论得 出的夹心式换能器的共振频率比一维理论得出的结果更加接近于实际测量值。     

用于声化学的复合换能器的研究

设计了一种夹心式纵弯复合振动模式超声换能器,该换能器由纵向夹心式压电超声换能器与弯曲正六边形薄板组成。采用有限元方法,对一定几何尺寸边界自由的正六边形薄板进行模态分析,得到中心位移最大的某一模态,设计以该模态的频率作为共振频率的纵弯复合模式换能器。当复合振动系统振动模式的共振频率与纵向换能器的共振频率以及正六边形薄板弯曲振动的共振频率一致时,复合振动系统具有较高的有效机电耦和系数,系统声辐射能力较强;频率的理论与测量值的误差可能是设计纵向换能器时未考虑预应力螺栓、前后盖板的形状以及横向振动的影响,材料参数的取值与实际值有误差。弯曲振动的正六边形薄板的几何尺寸大,将会增大复合振动系统声波的辐射面积,因此可以改善局部空化腐蚀问题,并且可以提高槽内声场的均匀性,从而可以提高声化学产率;实验结果表明,换能器的共振频率测试值与设计值基本吻合。