双激励源压电陶瓷超声换能器的共振频率特性分析

 本文对具有两组压电陶瓷激励元件的夹心式功率超声压电换能器进行了理论及实验研究.当换能器中的两组压电陶瓷元件分别被激励时,换能器可以产生两组不同的共振及反共振频率.利用换能器的梅森等效电路,得出了其频率方程.探讨了换能器的共振频率及反共振频率与其几何尺寸及电学边界条件的依赖关系.研究表明,换能器的共振频率不仅与其几何形状和尺寸有关,而且与电学边界条件有关.在同样的几何尺寸下,电端开路时的共振及反共振频率大于电端短路时的共振及反共振频率.在两种电学边界条件下,换能器的共振及反共振频率与几何尺寸之间的依赖关系是相似的,即当换能器圆锥前盖板的半径比增大时,换能器的共振及反共振频率总是降低的.     

一种新型的径向振动高频压电陶瓷复合超声换能器

 本文研究了一种新型的径向振动压电陶瓷高频复合超声换能器.该换能器由一个压电陶瓷圆环和一个嵌于其内部的金属圆盘复合而成.首先对压电陶瓷圆环及金属圆盘的径向振动进行了简单分析,推出了其机电等效电路和共振频率方程,分析了压电陶瓷圆环的几何尺寸对其共振及反共振频率的影响.在此基础上,分析了由压电陶瓷圆环和金属圆盘组成的复合换能器的径向振动,得出了其复合机电等效电路和共振频率方程.研究分析表明,对于具有相同外半径的压电陶瓷圆盘和压电陶瓷圆环,压电陶瓷圆盘的径向振动共振频率高于压电陶瓷圆环的径向共振频率,并且,压电陶瓷圆环的内半径越大,其径向共振频率越低.当在压电陶瓷圆环内部嵌入一金属圆盘而组成一径向复合超声换能器时,其径向共振频率高于压电陶瓷圆盘的径向共振频率,从而达到了提高换能器共振频率的目的.研制了一些径向复合高频超声换能器,并对其共振频率进行了测试,测试数据证明了理论结果的正确性.     

夹心式压电陶瓷功率超声换能器的优化设计

对夹心式压电陶瓷功率超声换能器的优化设计进行了探讨，分析了一种压电陶瓷中间带有厚电极的夹心式换能器的频率特性及其机电转换性能，得出了金属厚电极的几何尺寸对换能器振动性能的影响，探讨了换能器中压电陶瓷片的位置和几何尺寸对换能器的共振频率、反共振频率和有效机电耦合系效的影响，并得出了一些有利于夹心式换能器优化设计的结论。     

糖类抗原CA125水平测定在结核性腹膜炎诊治中的意义

研究了一种新型扭转压电陶瓷超声换能器.基于机电类比原理,对切向极化的压电陶瓷薄圆环振子的扭转振动特性进行了研究,建立了其机电类比等效电路模型,从等效电路得出了环形振子的扭转振动频率方程的解析式及共振频率的计算公式.在此基础上,分析了换能器的共振与其几何尺寸间的关系;并利用有限元方法对压电陶瓷薄圆环扭转振动模态进行了分析.结果表明,在换能器压电陶瓷圆环内外半径比增大时,共振频率随之增大.     

一种新型扭转振动压电陶瓷超声换能器

研究了一种新型扭转压电陶瓷超声换能器.基于机电类比原理,对切向极化的压电陶瓷薄圆环振子的扭转振动特性进行了研究,建立了其机电类比等效电路模型,从等效电路得出了环形振子的扭转振动频率方程的解析式及共振频率的计算公式.在此基础上,分析了换能器的共振与其几何尺寸间的关系;并利用有限元方法对压电陶瓷薄圆环扭转振动模态进行了分析.结果表明,在换能器压电陶瓷圆环内外半径比增大时,共振频率随之增大.     

夹心式纵弯复合模式压电陶瓷超声换能器的研究

对夹心式纵弯复合压电陶瓷超声换能器进行了理论及实验研究，该换能器由金属细棒及纵向极化的压电陶瓷圆环组成。得出了换能器中纵向振动和弯曲振动的共振频率方程。通过修正金属细棒的长度和横截面积，实现了换能器中纵向振动与弯曲振动的同频共振。实验结果表明，换能器的测试频率与计算频率基本符合，而且换能器的纵向频率和弯曲振动频率也吻合。     

多向复合超声换能器有限元分析与试验

超声换能器是微电子封装技术的核心执行元件,为解决传统一维纵振超声换能器键合效率低、键合面不均匀及键合点不牢靠等问题,采用ANSYS仿真软件建立换能器有限元模型进行模态分析及谐响应分析,设计了一种可同时实现轴向纵振、水平弯振及竖直俯仰振动的40 kHz多向复合夹心压电式超声换能器。其中,压电部分由整圆环和可单独激励的1/4圆环陶瓷片组成。利用阻抗分析仪实物测试,得到换能器纵振、弯振及俯仰振动的阻抗 频率特性曲线。结果表明,测试值与仿真值基本一致,且结构性能参数均符合键合要求,验证了该结构的合理性。     

一种基于压电驱动的小型移动机器人的研究

提出了一种基于弹性体1阶纵振、3阶弯振驱动的“人”字型移动机器人,实现了基于同一压电陶瓷片的压电常数(d33,d31)效应同时激发纵振、弯振的设想;建立了纵、弯振频率一致性的几何条件;仿真了机器人的振动模态,并计算出了纵、弯振动一致性固有频率为26.378 kHz;研制出了机器人的自振荡频率跟踪驱动电路;制作出了机器人原型机,并在其上完成了模态、运行实验;实验结果表明该机器人可在较光滑表面上爬行。     

预应力螺栓对压电换能器性能参数的影响

考虑了压电换能器中的预应力螺栓.当位移节面位于压电陶瓷晶堆中,研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随螺栓的长度、直径和位置的变化规律.结果表明,当螺栓的长度、直径和位置变化时,换能器的共振频率变化可达1.3 kHz,而有效机电耦合系数的相对变化可达25.5%.适当设计螺栓,可提高压电换能器的性能.     

复合棒型压电换能器的纵弯振动

在研究多模耦合宽频带复合棒型换能器的过程中发现这种换能器在空气中的纵弯振动具有明显的规律性。采用有限元方法分析计算了前辐射头在两端自由和小端面中心固定时在空气中的弯曲振动模态，以及这些模态随其几何尺寸变化的关系；计算分析了换能器多模振动特性与前盖板几何尺寸之间的变化关系。为进一步实现换能器纵弯耦合、设计宽频带换能器提供了参考。     

1-3-2压电复合材料机电理论分析和频率仿真

该文研究了1-3-2压电复合材料的厚度振动谐振频率与尺寸的关系。应用压电学和弹性动力学理论建立了机电等效图,对1-3-2压电复合材料的厚度振动模态进行了机电理论分析,并对其谐振频率进行了计算。利用有限元仿真软件分析了在厚度振动模态下,1-3-2压电复合材料谐振频率、反谐振频率与尺寸变化的关系。结果表明,纵向尺寸比变大时,频率曲线呈下降趋势;横向尺寸比变大时,频率曲线呈上升趋势;横纵尺寸比变大时,频率曲线呈缓慢下降趋势;基底厚度变大时,频率曲线呈先减小后增大趋势。4种情况中,纵向尺寸比对于整体的谐振和反谐振频率影响最显著。     

方形1-3-2型压电复合材料薄片的谐振性能研究

通过理论和实验研究了水声换能器用方形1-3-2型压电复合材料薄片的结构参数(陶瓷体积分数和外形尺寸)对其谐振性能的影响。利用压电方程和均匀场理论得到了1-3-2型压电复合材料的各项等效性能参数,分析了复合材料结构参数对谐振性能的影响。制备了陶瓷体积分数和外形尺寸不同的两组1-3-2型压电复合材料样品,测量得到复合材料谐振频率随陶瓷体积分数和外形尺寸的变化数据。结果表明,当1-3-2型复合材料中陶瓷基底的体积百分比小于30%,1-3复合材料部分中陶瓷柱体积分数在30%~80%,且复合材料总体厚宽比小于阈值(这个阈值随陶瓷体积分数变化)时,其厚度谐振性能较好。另外,将实验结果与理论计算进行了比较,两者符合较好,验证了理论公式的正确性。     

压电空气耦合超声换能器制备优化及实验验证

空气耦合超声换能器作为一种无损检测(NDT)的重要设备,具有广阔应用前景,但由于压电元件与空气声阻抗失配导致低带宽(BW)、低灵敏度(SNS)及高双程插入损耗等缺陷而阻碍其应用。该文对空气耦合超声换能器制备工艺进行优化,使用COMSOL软件模拟了压电元件的尺寸设计。同时通过采用1-3型压电复合元件与优化环氧树脂+空心玻璃微珠匹配层调控压电元件与空气的声阻抗,制备了工作频率400 kHz的空气耦合换能器。在工作频率时,该换能器的厚度振动模态较纯,带宽较宽,灵敏度与双程插入损耗为-38 dB。结果表明,采用该文自研工艺制备的空气耦合超声换能器具有良好的性能与巨大应用潜力。     

3-2型压电复合材料参数对厚度振动模的影响

3-2型压电复合材料在水声换能器应用中主要工作于厚度振动模态。应用切割填充法制备了四种3-2型压电复合材料，并通过改变复合材料中压电陶瓷的体积分数，实验测得了四种3-2型压电复合材料厚度谐振频率随体积分数增加而升高的速率，并分析了不同压电陶瓷与环氧树脂对样品厚度谐振频率变化率的影响。同时分析了复合材料反对称体振动模与厚度振动模的耦合，并提出了避免这种耦合的方法。     

3-2型压电复合材料参数对厚度振动模的影响

3-2型压电复合材料在水声换能器应用中主要工作于厚度振动模态。应用切割填充法制备了四种3-2型压电复合材料,并通过改变复合材料中压电陶瓷的体积分数,实验测得了四种3-2型压电复合材料厚度谐振频率随体积分数增加而升高的速率,并分析了不同压电陶瓷与环氧树脂对样品厚度谐振频率变化率的影响。同时分析了复合材料反对称体振动模与厚度振动模的耦合,并提出了避免这种耦合的方法。     

压电陶瓷圆环共振器的轮廓模式耦合振动

利用解析方法,本文研究了压电陶瓷厚圆环的耦合振动,分析了圆环的径向振动与厚度振动之间的关系,从理论上推出了决定压电陶瓷圆环耦合振动频谱的频率方程.实验表明,与一维振动理论的结果相比.本文方法得出的结果与实测值更加符合.     

压电陶瓷圆筒振子耦合振动的本征频率分析

研究了压电陶瓷圆筒振子的耦合振动,分析了振子的轴向、径向伸缩振动及扭转振动之间的耦合关系.从理论上推导出了振子耦合振动的共振频率方程.由于分析中对振子的几何尺寸未加任何限制.因此所得结论适用于任何尺寸的陶瓷圆筒振子,其中包括厚壁圆筒及圆环.理论分析表明.本研究计算简单,物理意义明显,与一维理论的结果相比,文中得出的振子耦合振动的共振频率与实测值符合较好.     

双激励阶梯形弯曲振动夹心式压电换能器的研究

基于Timoshenko梁弯曲理论,该文建立了双激励阶梯形弯曲振动夹心式压电换能器的传递矩阵理论模型.利用解析理论模型和有限元仿真对换能器的前4阶弯曲振动特性进行了计算分析.结果表明,在换能器的各阶弯曲振动模态下,解析理论计算与有限元仿真均取得了一致结果,即在低阶(一、二阶)弯曲振动模式下换能器有效机电耦合系数大,高阶...     

基于1-3压电复合材料宽带超声换能器研究

电声转换效率与换能器带宽是评价聚焦超声换能器性能的重要指标。传统压电陶瓷制备的聚焦超声换能器,其电声转换效率与换能器带宽偏低。该文采用实验结合仿真模拟的方式,通过研究1-3压电复合材料中压电相的体积比、环氧相改性、调控匹配层阻抗与匹配层厚度对换能器性能的影响,开发了一种基于1-3压电复合材料的聚焦超声换能器,实现了82.3%的电声转换效率与140 kHz的换能器带宽。结果表明,与同等规格的传统压电陶瓷聚焦超声换能器相比,该超声换能器的两项指标分别提升了105%与250%,这为大功率聚焦超声换能器的设计开发提供了参考与指导。