超声换能器与反应溶液之间的电声藕合作用

文中依据变幅杆式换能器的原理 ,分析了换能器的效率与动态参数 ,换能器的最佳负载及最大电声效率之间的关系 ,在此基础上讨论了换能器工作于最佳状态的方法。     

超磁致伸缩换能器的声辐射特性

对超磁致伸缩大功率换能器的声辐射振动特性进行了理论分析与实验研究,将在一定预压应力下处于阶跃段的磁致伸缩棒简化为磁场强度与磁致伸缩应变的单输入单输出的线性系统·以静态试验数据为基础,建立等效的动态磁致伸缩模型·对指数形变幅杆的设计进行了理论分析和讨论,着重计算与设计了相关的振速分布、应力分布、振幅放大系数及节面位置等参数,测试中发现超磁致伸缩换能器频率范围较宽·试验得到了影响换能器发射声波主频率和最大振幅的若干参数·提高换能器的电声转换效率,增大换能器的发射功率的有效途径是选择合理辐射面质量和配重质量之间的比值,使能量流向辐射面一侧·所得结果可以为进一步优化超磁致伸缩换能器提供设计参考·     

超声换能器暂态声场的理论分析与计算

把超声换能器所发射的脉冲波近似为理想高斯调制脉冲波 ,利用亥姆霍兹 -基尔霍夫积分定理 ,通过傅立叶分析的方法从理论上推导出了换能器暂态辐射声场的积分表达式和圆形平面活塞换能器中心轴线上暂态辐射声场分布的解析表达式 ;并对其边缘波和平面波进行了讨论。计算结果表明 ,利用该方法对换能器暂态辐射声场进行数值模拟是十分有效的     

穿单孔换能器的频率与孔尺寸间的关系研究

研究了前盖板穿单孔夹心式换能器的谐振频率与穿孔尺寸间的变化关系。基于穿单孔换能器的等效电路,利用解析法推导出了该结构换能器的频率方程,计算得到了频率随穿孔尺寸变化的关系曲线,结果发现谐振频率并不是随着穿孔质量的增大而单调上升。在孔深不变时,谐振频率随孔径的增加而增大,而在孔径不变时谐振频率随着孔深的增大先增加后减小,进而解释了其物理意义。     

20MHz超声聚焦换能器的设计及其应用

为提高工业超声显微镜的成像分辨率,需要用高灵敏度的超声聚焦换能器.本文对研制的聚焦换能器的等效电路进行了理论分析,利用Matlab软件,数值模拟了聚焦换能器沿轴线方向辐射的脉冲聚焦声场,讨论了聚焦换能器的脉冲声场特性.采用特殊工艺研制压电晶片,用环氧树脂和钨粉的混合物作背衬,由此研制的主频为20 MHz宽带窄脉冲有源自聚焦换能器,在实际检测中回波仅有一个波形,缺陷的成像分辨率达0.4 mm.     

弯曲振动阶梯形圆板辐射声场研究

推导了弯曲振动阶梯形圆板一阶振动的辐射声压及指向性表达式,模拟出自由边界条件下阶梯形圆板轴对称弯曲振动辐射声压的指向性图,并与薄圆板、改进的弯曲振动板和实验测量的阶梯形圆板声场指向性图作了对比.结果表明,阶梯形圆板声场的指向性比薄圆板有很大改善,比改进的弯曲振动板声场指向性更尖锐,理论获得的指向性图与Gallego通过实验测量的指向性图符合很好.这为设计和利用这类弯曲振动板辐射器提供了一定依据.     

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.     

纵弯复合多自由度超声电机的研究

提出了一种新型单振子多自由度超声电机结构,由单一驱动足产生多自由度驱动轨迹,驱动转子多自由度运动,其输出端驱动质点运动轨迹的大小和方向可以通过两正交换能器的复合激励进行矢量控制,可以产生3种改变运动方向的正交椭圆轨迹.对十字交叉换能器做了模态分析,对纵振和弯振做了模态简并,建立了驱动足的运动轨迹方程,并分析了典型驱动方式下驱动足的运动轨迹.研制了一种基于单振子纵弯换能器驱动的多自由度球形超声电机,该电机具有结构紧凑、绝对输出力矩大、驱动简单等优点,从根本上解决了多振子驱动形式带来的各驱动振子之间的相互干扰和阻碍问题.实验测试样机绕X、Y轴旋转时,输出转距为0.97 N·m,最高转速为11 r/min,绕Z轴旋转时,输出转距为0.27 N·m,最高转速为66 r/min.     

基于串行总线的多极子阵列声波接收电路设计

设计了一种用于石油仪器的多极子阵列声波接收电路.这种电路由信号缓冲、信号合成、模式选择、两级带通滤波电路、程控衰减与放大电路等组成,它能把接收换能器接收到的信号组合形成单、偶极及四极子声波信号,从而实现对声波信号的接收、合成、滤波和程控衰减与放大.测试结果表明,这种电路简化了声系结构设计,放大和滤波功效显著,且干扰小,结构紧凑,升级灵活,扩展方便,控制简单,指标先进,比较适合高性能井下设备使用.     

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.