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．     

复合型压电陶瓷材料的导纳及其瞬态特性

功率超声设备,一般由功率源、超声传感器以及工具头组成。超声传感器的设计是关键,为了达到加工如切割、钻孔等目的,要求超声传感器的输出顶端产生比较高的振动振幅,功率超声设备中的超声高振幅传感器设计包括四分之一波振子和半波振子的设计,以及各种聚能器的设计如四分之一波聚能器和半波聚能器的设计。而四分之一波和半波聚能器分别又有多种类型,如圆锥形、指数形、双曲函数形以及各种复合式聚能器,它们的性能参数差异比较大。尤其计算复杂,如果设计有差错,导致效率降低,机械应力波不能畅流向前传播,在传感器的侧壁反射,严重时产生发热或…     

锥盘形超声聚能器的耦合振动特性与优化设计

超声聚能器具有放大振幅、匹配声阻抗、提高声能量传输效率的作用,盘形聚能器与压电圆管组合能够扩大声能量的辐射范围。采用传统的一维理论对盘形聚能器振动的分析,往往忽略了高度对振动的影响。为了获得符合盘形聚能器实际振动的解析理论,以结构简单且易加工的锥盘形超声聚能器为研究对象,利用等效弹性法分析了高度与半径尺寸接近的聚能器的径、纵向耦合振动。通过引入机械耦合系数,推导得到了聚能器耦合振动的机电等效电路、共振频率方程组和径向位移放大倍数。进一步分析了聚能器机械耦合系数、共振频率和径向位移放大倍数与几何尺寸的依赖关系。利用有限元法对聚能器的耦合振动模态进行了仿真,理论计算与模拟结果一致,验证了理论推导的正确性。振动特性与优化结论的获得为盘形聚能器的工程应用提供了理论依据,为径向复合换能器的振动分析奠定了研究基础。     

复频超声换能器的研究

研究了一种具有多个共振频率的功率超声换能器，即复频超声换能器。换能器由一个纵向振动夹心式压电超声振子和一个弯曲振动薄圆盘复合而成。给出了换能器的理论共振频率方程，对实际制作的换能器的共振频率，等效电阻抗及有效机电耦合系数进行了实验测试，并对换能器的大功率工作性能进行了定性的测量及观察。实验结果表明，给出的换能器可以在不同的振动模式上工作，因此具有许多共振频率，且对应换能器不同的共振频率，换能器的等     

B5 —种具有多共振频率的功率超声换能器

Ｂ５—神具有多共振频率的功率超声换能器林书玉，张福成，郭孝武（陕西师范大学应用声学研究所西安·７１００６２）本文研究了一种具有多个共振频率的功率超声换能器。该换能器由一夹心式振子及一个弯曲振动薄圆盘组成，夹心式振子产生的纵向振动通过模式转换变成圆盘的...     

超声排水采气换能器研究

在气井开采的中、后期，气井底部往往积水．使采收率下降。本文介绍了超声排水采气换能器的设计。该换能器采用纵向复合式换能器振子和四分之一波长聚能器的组合结构．聚能器设计成阶梯结构，压电陶瓷采用大功率发射材料，前盖板采用硬铝，后盖板采用20钢。压电陶瓷的居里点为330℃，故该装置适合于深井、高温条件下使用，并且具有每小时雾化量大、体积小，成本较低等特点。     

一种分析非均匀厚度1-3型压电复合材料换能器性能的方法

非均匀厚度1-3型压电复合材料可用于制作宽带压电换能器,已广泛应用于水浸无损探伤、声波测井以及超声成像等领域。为分析该换能器的振动及其性能,提出了一种并联振子等效电路模型,将非均匀厚度1-3型压电复合材料换能器看成并联的谐振器阵列,采用三维厚度伸缩振动模型对单个谐振器单元进行理论分析,得出了非均匀厚度1-3型压电复合材料换能器的阻抗计算公式;为验证该模型的正确性,设计并制作了一个平凹的1-3型压电复合材料换能器;实验结果显示,并联振子等效电路模型能准确的分析非均匀厚度1-3型压电复合材料片的性能。结果表明,非均匀厚度换能器带宽的主要是由压电片的厚度差异决定,研究结果可为非均匀厚度宽带换能器的设计提供参考。     

指数型纵—扭复合模式超声换能器研究

纵-扭复合模式夹心式压电超声换能器是超声马达、超声加工等应用技术中的重要组成部分.本文研究的复合模式换能器由圆柱型金属后盖板、指数型金属前盖板及轴向极化和切向极化的二组压电陶瓷晶堆组成.导出了换能器中纵向振动与扭转振动模式的共振频率方程.并得出了两种振动同频共振的条件.实验表明.换能器的测试频率与设计频率符合很好.且换能器的纵向共振频率与扭转共振频率基本一致.     

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。     

背衬为双声失配层的深水超声压电换能器

深水超声压电换能器,不仅在强度上要耐水压,而且在大深度下要具有稳定的声学性能。几百千赫频率的深海超声压电换能器其背衬要有后方隔声的功能。这是因为后方声波会因各种结构体的反射再向前方传播,而与原来的前向声波发生干涉,使换能器的指向性和频率特性发生变化。要防止出现这种情况,就必须在压电振子的正后方加衬吸声或隔声材料。     

切向极化压电陶瓷细长圆棒的扭转振动研究

利用压电材料的压电及运动方程，本文研究了切向极化压电陶瓷细长棒的扭转振动，分析了扭转振动压电陶瓷细棒中扭转角及扭矩的分布规律，推出了扭转振动压电陶瓷振子的机电等效电路，并得出了振子的共振及反共振频率方程，为扭转振动超声换能器的设计及计算奠定了一定的理论基础。     

纵—弯复合模式超声换能器的研究

研究了一种新型的纵-弯复合振动模式超声换能器,该换能器由均匀截面细棒及两组不同结构的压电陶瓷元件组成.导出了此类换能器的频率设计方程.实验表明,纵向共振频率与弯曲振动共振频率基本一致,且实测值与设计值比较符合.     

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。     

厚度振动换能器降耦合结构优化与工程应用

厚度振动是高频换能器的常用振动模态。对压电圆片而言,横向方向的耦合总是存在的,不存在理想的厚度振动模态。若压电圆片的尺寸比例合适,横向耦合较弱,若尺寸比例不合适,横向耦合会很强。耦合会使振子表面振动位移反相,频响曲线出现多个难以区分的谐振峰,对换能器的发送电压响应、指向性等产生负面影响,对某军用型号工程中利用该振动模态工作的换能器的生产质量有较大影响。通过对压电振子的振动模态、耦合振动频率等理论和仿真计算,开展频率优化研究,降耦合对换能器的影响分析以及试验验证,仿真分析和试验结果表明:中心孔对圆片高频换能器模态振动具有明显的降耦合作用,可提高圆片换能器的发射能力,改善指向性特性,解决了该类换能器生产质量不高、成品率低等问题。     

美国专利几则

宽带全方向性电声换能器(4916675) 这是一种用于水下发射和接收的全向声学换能器。它由几个换能器圆环垂直叠在一起,每个圆环上又划分为许多径向振动的单元振子。每个单元振子应调谐到一个特定的固有频率并适当地固定好。处于同一圆环的振子同相激发,但各个环的固有频率则是不相同的。检测颗粒状物质中昆虫产生的振动的装置(4991439) 将一压电传感器连接在探头上或一膜片上,用以检测当昆虫在谷物上吃食或爬行时所发生的振动。振动声经放大后进行分析,例如,可将其与已知害虫的记录信号作比较以确定昆虫的种类和它们的位置。加速度传感器(4991…     

Ⅳ型弯张换能器的数字建模

Ⅳ型弯换能器的振动机理比较复杂,它包涵着驱动振子的振动、壳体的振动、水介质振动及它们之间相互耦合而构成的复合振动。本文对其进行了较详细的理论分析,给出了换能器壳体的振动位移分布和谐振频率。并根据干模态讨论了换能器在水中的声辐射特性;再者,结合压电方程及换能器的振速、应力分布给出了换能器在水中的电机声等效电路。理论分析结果与有限元法及实验测量进行比较,符合较好。     

稀土超声换能器特性研究

换能器是功率超声最基本最重要的器件，寻找、开发新材料是发展新型换能器的重要途径。稀土超磁致伸缩材料Tcrfcnol-D具有优良性能，本文采用四端网络法和有限元ANSYS软件对稀土超声换能器进行了理论设计与分析，并制作了一种单独稀土超声换能器振子和带变幅杆的稀土超声换能器，其性能与压电换能器相比显示出了独特的优越性。     

IV型弯张换能器的数学建模

ＩＶ型弯张换能器的振动机理比较复杂,它包涵着驱动振子的振动、壳体的振动、 水介质振动及它们之间相互耦合而构成的复合振动。本文对其进行了较详细的理论分析,给 出了换能器壳体的振动位移分布和谐振频率。并根据干模态讨论了换能器在水中的声辐射特 性;再者,结合压电方程及换能器的振速、应力分布给出了换能器在水中的电机声等效电路。 理论分析结果与有限元法及实验测量进行了比较,符合较好。     

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。     

A8 功率超声振动系统研究进展

Ａ８功率超声振动系统研究进展程存弟，贺西平（陕西师范大学应用声学研究所西安·７１００６２）功率超声振动系统是指由换能器、变幅器（或传振杆）和工具头（或幅射器）等组成的功率超声产生系统，是功率超声技术的核心部分。在功率超声技术的传统应用中大多采用一维纵...