后置螺栓对换能器性能参数的影响

利用解析法,将后置螺栓视为T型四端网络计入换能器的机电等效电路中,推导了考虑后置螺栓时夹心式压电超声换能器的频率方程,分析了螺栓及螺帽的几何尺寸变化对换能器共振频率、反共振频率和有效机电耦合系数的影响.结果表明,当改变螺栓和螺帽的长度和直径时,换能器共振频率、反共振频率均发生一定量的增大或减小,换能器有效机电耦合系数也发生较大幅度的变化.在合理选择螺栓和螺帽直径的基础上,当螺栓在前盖板中的长度约为前盖板长度一半时,换能器的性能较为优化.     

外接电感对轻负载阶梯型换能器频率的影响规律

现功率超声技术已被大范围应用,在实际加工中,其振动实现器件换能器的工况取决于外接负载阻抗的大小变化以及加工过程中换能器的温度变化;随着负载变化,换能器的谐振频率也将发生改变,导致与发生器输出频率不匹配,从而对换能器的输出振幅及加工效率产生负面影响。为得到规律,分别使用换能器的理论设计、仿真以及试验方法研究了轻负载下外接电感对换能器谐振频率的影响。结果表明：随着换能器变幅杆伸入水中长度的增加,换能器的谐振频率呈上升态势;通过外接调谐电感,换能器谐振频率会得到一定量的补偿,使其重新回到预先设定的频率值;随着外接电感值的增大,换能器的谐振频率会下降。可见使用电感负载可以有效解决换能器外接负载导致的频率漂移问题。     

复合管压电超声换能器的负载特性

对复合管压电超声换能器在液体中的声辐射负载特性进行了研究.推导出换能器在液体介质中的径向声辐射阻抗.在等效电路的基础上,得到有载复合管压电超声换能器的频率方程,探讨了有载复合管换能器的输入阻抗随液面半径变化的关系.数值计算表明,随着液面半径的增大,换能器径向辐射阻抗的模在0～∞周期性变化.换能器在液体负载下会产生谐波共振,谐波数目随液面半径增大而增加.此外,换能器的共振频率随液面半径按半波长整数倍呈现周期性变化,反映驻波声场的特点.通过实验测量了复合管换能器在水负载介质中的共振频率及谐波共振频率,理论和实验测量结果吻合较好.     

多频扭转夹心式换能器研究

研究了一种可以工作在多个频率段的扭转夹心式换能器．该换能器由前后金属盖板、两组周向极化压电晶堆及电负载组成．分析了接电负载压电圆管的扭转振动特性，推出了其机电等效电路和共振频率方程．利用等效电路方法，给出了换能器的共振频率方程，并得到了换能器的共振频率与负载阻抗曲线，为此类换能器的设计提供了理论依据．该换能器可望应用于超声焊接、超声加工及超声马达等领域．     

圆柱超声换能器的负载特性及其电声效率

对圆柱超声换能器在液体中的负载特性进行了研究,推导得出了换能器在液体介质中径向声辐射阻抗,并得出了有载圆柱压电超声换能器的频率方程;探讨了有负载的圆柱换能器输入阻抗随液面半径变化的关系.理论计算表明:随着液面半径的增加,换能器径向辐射阻抗在-∞～∞周期性变化;换能器在液体中会产生谐波共振,谐波数随液面半径的增大而增加.通过实验测量了圆柱换能器在水介质中的谐波共振频率,理论和实验测量结果吻合较好.此外,实验测定了换能器在水介质中的电声效率.     

一种新型级联式高强度功率超声压电陶瓷换能器

基于传统夹心式压电陶瓷换能器,提出了一种新型级联式高强度功率超声换能器。该换能器由多个半波长夹心式压电陶瓷换能器通过电端并联及机械端串联而成。基于一维理论,得出了换能器的六端机电等效电路,分析了换能器的电阻抗频率特性,并给出换能器的共振频率方程。研究了不同振动模态下,换能器的共振频率、反共振频率以及有效机电耦合系数与压电陶瓷晶堆间距的依赖关系。实验制造2个级联式功率超声换能器,并对其共振频率和有效机电耦合系数进行了测试,实验结果与理论分析相吻合。此类级联式高强度功率超声换能器可望在超声波液体处理、超声波加工等大功率超声技术中获得应用。     

一种新型径向复合压电陶瓷超声换能器径向振动特性研究

研制了一种新型径向复合压电陶瓷超声换能器,并对其径向振动特性进行了理论及实验研究.该换能器由一个厚度方向极化的压电陶瓷薄圆环及一个金属圆环组成.对压电陶瓷圆环和金属圆环的径向振动分别进行了分析,得到了各自机电等效电路.在此基础上,利用换能器径向力及径向振动速度的连续条件,得出了压电陶瓷径向复合超声换能器机电等效电路及其共振频率方程.分析了换能器的共振及反共振频率、有效机电耦合系数与其几何尺寸之间的关系.结果表明,在换能器压电陶瓷圆环内外半径保持一定情况下,换能器半径比增大时,共振及反共振频率随之增大.对于换能器第一阶径向振动,其有效机电耦合系数随半径比增大单调增大,而第二阶径向振动有效机电耦合系数随半径比增大单调减小.     

大功率气介声波换能器的研究

研究了一种大功率气介声波换能器．该换能器由夹心式功率超声换能器及一个弯曲振动金属圆盘组成；推出了换能器各组成部分的共振频率设计方程；设计了一些换能器振子．实验表明，在小信号条件下，换能器的共振频率测试值与理论值符合很好．在大功率条件下，当输入电功率为２００Ｗ时，换能器可长时间工作于脉冲状态下，距声波辐射面１ｍ处的声压级可达１５０ｄＢ．     

一种扭转振动复合换能器等效电路的研究

目的对一种扭转振动复合超声换能器进行研究。方法仿真建模,有限元分析法。结论建立了此换能器机电类比等效电路模型,推导了此换能器的扭转振动频率方程的解析式及共振频率的计算公式;分析了换能器的共振频率与其几何尺寸之间的关系,对该换能器的扭转振动模态进行了分析。结果换能器的共振频率在其他尺寸不变时随着外环金属薄圆环的半径增大而降低,随着内环金属薄圆环的内半径减小而降低。     

工具杆对超声扭转复合振动系统共振频率的影响

依据四端网络理论，利用机电类比方法，研究了具有类圆锥过渡段复合阶梯型变幅杆的超声扭转共振频率和与之相连接的工具杆长度和直径变化的关系．结果表明，随着加工过程中工具杆不断磨损，其长度和直径变化对系统共振频率影响明显．工具杆长度每缩短1mm，系统共振频率约升高700Hz；工具杆直径每减小1mm，系统频率约升高500Hz．这为超声扭转加工振动系统的设计及频率调节提供了参考依据．     

径向扭转复合型超声换能器等效电路研究

对径向扭转复合型超声换能器进行了研究.从波动方程出发,不考虑径向扭转振动耦合,推导了换能器中径向振动及扭转振动模式的各自机电等效电路.在此基础上,得出了换能器空载时共振频率方程及其共振频率的表达式,并用有限元方法对此换能器进行了计算机仿真实验.结果表明:等效电路计算的换能器径向及扭转共振频率的理论计算值与计算机仿真值一致.     

电感电容匹配电路对超声换能器振动特性的影响

为使大功率超声设备高效而安全地工作,在超声发生器和超声换能器之间必须进行匹配电路的设计,由于超声换能器本身是一个共振系统,匹配电路将对超声换能器的振动特性产生影响。通过研究电感电容匹配电路及其对超声换能器共振频率的影响规律,结果表明：电感电容匹配后换能器的串联共振频率和并联共振频率都变小了。     

压电换能器锁相环频率跟踪的失效分析与解决

为提高碳纤维复合材料超声振动钻孔过程中压电换能器频率跟踪的精度及可靠性,以压电换能器等效电路为基础,分析了目前锁相环频率跟踪系统存在的失锁、误跟踪、死锁和跟踪误差大等4种失效形式的原因,指出抵消静态电容是解决跟踪失效的必由之路.据此提出一种基于静态电容补偿法的锁相环频率跟踪技术,该技术可使换能器对锁相环呈现理想的LCR串联谐振特性,有效解决了跟踪失效问题.实验表明:通过该技术,换能器机械谐振频率的跟踪精度可优于-20~10Hz,避免了误跟踪和死锁,跟踪带宽可达6 kHz.     

气介式弯曲振动功率超声复合换能器的振动特性研究

对气介式弯曲振动大功率超声复合换能器的振动特性进行了研究 .该复合换能器由夹心式功率超声纵向换能器及弯曲振动的薄圆盘辐射器组成 .对弯曲圆盘在不同边界条件下的共振特性进行了分析 ,给出了辐射器的共振频率设计方程、等效质量和等效弹性系数 ;同时研究了气介式复合振动换能器的机电等效电路 ,分析了复合换能器的整体频率方程 .实验结果表明 ,辐射器共振频率的计算值与测量值符合较好     

指数形负载超声变幅杆频率方程与放大系数的研究

求解了加负载时超声变幅杆的放大系数，得到了加负载时放大系数的统一算式．利用变幅杆纵向振动四端网络等效电路，计算了指数形变幅杆负载为纯阻与纯抗时纵向振动共振频率方程和放大系数．通过Matlab软件绘制了共振频率及放大系数随负载变化的曲线．结果表明，负载较小时，频率与放大系数有较快的改变；负载较大时，频率与放大系数变化较小，基本趋于稳定．     

单个厚电极超声换能器振子的频率方程

旋转超声加工是加工硬脆材料的一种较好方法。为实现长时间连续稳定工作,必须使用厚电极的超声换能器振子。目前,对厚电极换能器振子的研究较少,使用时一般使用近似计算与实验调整相结合的方法。为了较精确地设计厚电极超声换能器振子,类比薄电极换能器振子的研究方法,推导了单个厚电极节面在能器振子中间时的频率方程,并使用模态实验分析和有限元仿真相结合的方法进行了验证,结果表明:在给定的电极厚度范围内,换能器振子的谐振频率误差小于5%,完全满足工程应用的需要。     

超声液位传感器的等效电路模型及其仿真分析

将电-力-声类比方法应用到超声液位传感器的建模中,建立了超声液位传感器的等效电路模型,并借助傅里叶变换和逆变换推导了传感器的频率响应和瞬态响应关系式.对关键结构参数进行了分析,结果表明：压电元件厚度与谐振频率成反比;机械品质因数会影响超声液位传感器输出电压信号的峰-峰值和余振特性,选用机械品质因数为700左右的压电陶瓷,可以兼顾传感器输出信号峰-峰值与余振特征;通过优化工作间隙,输出电压峰-峰值提高了40%.