级联式变截面压电换能器尺寸对其性能的影响

研究了一种新型的级联式变截面压电换能器,它由两段金属圆柱、一段金属圆锥和两组轴向极化的压电陶瓷晶堆组成,并以机械端串联、电端并联的形式相连接,且换能器的两端半径远小于纵向振动尺寸。基于一维理论,得到了换能器的机电等效电路以及共振频率方程和反共振频率方程,进而研究了换能器在基频和二次谐频振动下的共振频率、反共振频率及有效机电耦合系数与压电陶瓷晶堆间距离和金属圆锥尺寸之间的关系。将理论计算所得共振频率、反共振频率与COMSOL模拟结果进行比较,二者所得结果一致,研究表明选择合理的换能器尺寸可以有效优化其性能。     

管形径向复合压电陶瓷超声换能器

对一种圆管形径向复合压电陶瓷超声换能器径向振动特性进行研究.该换能器由径向极化薄壁压电陶瓷短圆管与薄壁金属短圆管径向复合而成.基于弹性力学理论和机电类比原理,建立了换能器径向振动机电类比等效电路,并推导出其径向共振频率、反共振频率方程及有效机电耦合系数的解析式.实验加工了一些径向复合换能器样品,并对其径向共振频率及有效机电耦合系数进行了测试.结果表明,理论与实验测试结果相吻合.     

径向夹心式复合换能器径向振动特性研究

研究了一种新型径向夹心式复合换能器的径向振动。该换能器由径向极化的压电陶瓷圆环及内外金属环构成。获得了压电环及金属环的机电等效电路,根据机械边界条件,得到换能器的三端机电等效电路,并求得换能器的频率方程。得到共振频率反共振频率以及有等效机电耦合系数与复合换能器几何尺寸间的理论关系。同时用有限元方法对换能器的径向振动进行模拟仿真,并实验测量了换能器的共振与反共振频率。结果表明,理论计算、模拟仿真以及实验测量结果符合较好。     

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.     

薄壁预应力管复合压电换能器径向振动分析

对带有薄壁预应力管外壳的径向复合压电换能器径向振动进行了研究.基于弹性力学理论和机电类比原理,建立了复合管压电超声换能器的径向振动机电类比等效电路,并得出其共振频率方程、反共振频率方程及有效机电耦合系数的解析式.探讨了换能器共振频率与其外部预应力管内外半径比之间的关系.实验结果表明:利用本文理论算得的复合换能器径向共振频率与实验测量结果相吻合,误差在5%以内.     

大功率径向振动压电超声换能器

对一种大功率径向复合圆管压电超声换能器的径向振动特性进行了研究.依据机电类比原理,推出了换能器的径向振动等效电路及共振频率方程;探讨了换能器的第1、第2阶共振频率和有效机电耦合系数与压电陶瓷元件位置的关系;实验测量了换能器的径向共振频率.结果表明,换能器径向共振频率的理论值与实测值符合较好.     

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.     

夹心式扭转-弯曲复合模式压电超声换能器的研究

在均匀截面细棒扭转及弯曲振动理论的基础上,研究了一种夹心式扭转－弯曲复合模式压电超声换能器．该换能器由均匀截面金属细棒及两组极化方向不同的压电陶瓷元件组成．文中导出了换能器的共振频率设计方程,并从理论及实验上实现了同一换能器中扭转及弯曲振动的同频共振．实验表明,换能器的扭转振动共振频率与弯曲振动共振频率基本一致,实测值与设计值基本符合．     

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．     

新型夹心式压电陶瓷复合变压器的特性

提出一种新型多层复合夹心式纵向极化压电陶瓷变压器,并应用等效电路方法对压电振子的机电特性进行分析,推导出输入电阻、共振频率、反共振频率和电压增益的解析解,得出并分析了变压器第一、第二共振与反共振频率、机电耦合系数及电压增益与变压器的长度、负载电阻的关系。研究表明,一阶机电耦合系数在特定尺寸上和特定负载上均有最大值;一阶电压增益只在特定尺寸上存在最大值。将计算所得的共振频率、反共振频率与ANSYS模拟结果及实验测量结果进行比较验证,模拟结果及实验测量结果和理论计算值吻合。     

螺栓对压电换能器性能参数的影响

考虑到螺栓的影响,把螺栓等效为四端网络计入换能器的机电等效电路,推导了位移节面位于金属块中时压电换能器的频率方程,探究了压电换能器的共振频率、反共振频率和有效机电耦合系数等性能参数随螺栓的几何尺寸和位置的变化规律.结果表明,适当变化螺栓的长度、位置和直径,可以使换能器的有效机电耦合系数增大,从而优化换能器的性能.     

圆盘形压电陶瓷复合变压器的等效电路和特性

研究了由压电陶瓷圆盘,金属环,压电陶瓷环组成的圆盘形压电陶瓷复合变压器。推导了这种压电变压器的等效电路,输入阻抗,共振、反共振频率方程和电压增益方程。分析计算了压电变压器尺寸变化对频率、有效机电耦合系数的影响。研究了负载变化对压电变压器频率、有效机电耦合系数的影响,探讨了电压增益与负载的关系。研究表明,变压器随壁厚比的升高共振和反共振频率皆升高,有效机电耦合系数降低;随负载的升高,共振、反共振频率及电压增益升高,有效机电耦合系数降低。     

矩形辐射体夹心式复频超声换能器研究

研究了一种具有多个共振频率的矩形辐射体夹心式复频超声换能器．换能器由圆柱形后盖板、压电陶瓷晶堆及矩形六面体前盖板组合而成．根据表观弹性法和一维纵向振动理论。给出了此类复频超声换能器横向（x，y方向）及纵向（z方向）共振频率方程．用有限元法对给定具体尺寸的此类换能器进行了模态和谐响应分析，得出了其频率输入导纳曲线．理论和数值计算分析表明。此类超声换能器具有多个共振频率，可在不同振动模态上工作，达到了利用同一尺寸超声换能器产生多个共振频率的目的．     

径向振动环状压电陶瓷复合变压器的研究

提出了一种新型的径向振动压电变压器,该变压器由两个径向极化的压电圆环与一个金属圆环在径向复合而成。基于径向极化压电圆环与金属圆环的机电等效电路,利用解析法得出此类压电变压器的机电等效电路,借助等效电路推出了压电变压器的共振、反共振频率方程及电压增益方程。利用数值法研究了压电变压器共振、反共振频率及有效机电耦合系数与金属圆环尺寸的关系,探讨了压电变压器共振频率及电压增益和负载阻抗的依赖关系。最后,用阻抗分析仪测试了压电陶瓷复合变压器的基频频率,实验测试结果与理论结果有很好的一致性。     

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。     

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     

夹心式纵-弯复合振动模式超声换能器的研制

研究了一种新型的夹心式纵－弯复合振动模式压电超声换能器．这种换能器用两套压电陶瓷片分别产生纵振动和弯曲振动．利用波动方程的通解,再加上边界条件,推出了纵振动和弯曲振动的频率方程．由频率方程设计出换能器的尺寸,使两种振动模式工作在同一频率．为验证设计理论,制做了一个频率为１０ｋＨｚ的换能器．实验结果表明,换能器的共振频率与设计值基本吻合．     

纵-径耦合型超声功率合成振动系统的研究?

对复合式径向功率合成超声振动系统进行了研究。该系统由纵向超声换能器与等厚度狭缝式环形聚能器径向耦合而成。基于弹性力学理论及机电类比原理,推导出狭缝式环形聚能器径向振动等效电路及共振频率方程,并得出其径向位移振幅放大系数表达式,给出了其第1、第2阶径向共振频率与半径比的变化关系。理论与有限元结果表明：狭缝式环形聚能器的位移振幅放大系数在其第2阶共振模式下存在1个极大值。对超声功率合成振动系统的共振频率进行测试,结果表明,理论、仿真及实验结果吻合较好。     

耦合超声振动系统的辐射特性

研究了一种用于液体中的由纵向夹心式换能器和纵径尺寸接近的金属圆柱辐射器构成的新型大功率超声振动系统。通过表观弹性法获得金属圆柱纵径耦合振动的机电等效电路及共振频率方程。对耦合振动系统的辐射特性进行了理论和数值分析,并通过实验进行验证。研究表明:该振动系统的圆柱辐射器的耦合振动可等效为一维径向振动和一维纵向振动的复合,其通过耦合系数相互作用;适当选择辐射圆柱的几何尺寸,振动系统产生强烈的纵径耦合振动,从而有效地辐射大功率超声波。     

新型复合结构超声换能器的研制

为提高超声换能器的性能,提出一种新型的复合结构超声换能器,这种结构的超声换能器在同一只换能器中使用两种压电材料--压电陶瓷(PZT)和压电薄膜(PolyyinylideneDifluoride,PVDF),前者用于发射;后者用于接收.应用KLM(Krimholtz,LeedomandMattaei)机电耦合等效电路模型对这种换能器作了理论上的分析,并实际制作了这种复合结构的超声换能器.理论和实验结果均表明,该复合结构的超声换能器具有较小的输入功率损耗和相对较短的回响.