半波长夹心式换能器的理论分析和计算(Ⅰ)

半波长夹心式换能器的设计有二种方法:一种是已知前盖,后盖,压电陶瓷堆三部分中的二部分长度,求第三部分的长度；另一种是在半波长夹心式换能器中选定节点,然后分前后二部分进行设计,分别确定三个部分的长度。本文讨论了第一种半波长夹心式换能器的设计方法。按一维问题处理,从一般形式出发,在理论上推导出了有负载情况下,半波长夹心式换能器的频率方程,同时导出了半波长夹心式换能器各点的位移,振速、应变,纵向弹性力,应力和振速放大系数的一般关系表达式,为今后各种形状的半波长夹心式换能器的设计提供理论计算依据。     

半波长夹心式换能器的理论分析和计算(Ⅰ)

半波长夹心式换能器的设计有二种方法：一种是已知前盖，后盖，压电陶瓷 堆三部分中的二部分长度，求第三部分的长度；另一种是在半波长夹心式换能器 中选定节点，然后分前后二部分进行设计，分别确定三个部分的长度。 本文讨论了第一种半波长夹心式换能器的设计方法。按一维问题处理，从一般 形式出发，在理论上推导出了有负载情况下，半波长夹心式换能器的频率方程，同 时导出了半波长夹心式换能器各点的位移，振速、应变，纵向弹性力，应力和振速 放大系数的一般关系表达式，为今后各种形状的半波长夹心式换能器的设计提供理 论计算依据。     

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。     

夹心式压电超声换能器的等效电路设计法

通过力电类比法，给出了夹心式超声换能器的等效电路图，推导出前后盏板均为圆柱形的换能器的前后振速比的一般公式和换能器的频率方程。     

A3 夹心式压电超声扭转换能器的研制

本文对夹心式压电超声扭转振动换能器进行了理论及实验研究，得出了对称型扭转振动夹心换能器的共振频率设计方程，给出了频率方程式中一些主要的物理量的具体表达式，在此基础上，实际设计提供制作了一个夹心扭转振动换能器，并对其所有的电声参数进行了测试。     

一种大功率超声换能器的设计

基于超声换能器设计理论,提出一种大功率超声换能器的设计及工程计算方法。该换能器由纵向振动夹心式换能器、半波长圆锥形变幅杆和盘棒式工具头组成,根据设计参数及特点,实际制作换能器,通过测试该换能器频率f=20.24kHz,标称功率可达1500W,符合设计初衷。进而验证了这种计算方法的可行性。该换能器可用于污水处理、油田开采及生物柴油等领域的技术开发中,具有推广价值。     

气介式功率超声复合换能器的声辐射特性研究

本文对气介式功率超声复合换能器的辐射声场进行了理论计算并与实验结果进行了对比。该复合换能器由夹心式纵向振动半波长换能器及弯曲振动的薄圆盘组成。从理论上推出了弯曲振动辐射圆盘在不同边界条件下的辐射声场分布及其共振频率方程。理论分析结果表明,固定边界弯曲振动圆盘辐射声场的指向性最佳,并且指向性的理论计算结果与实验结果符合很好。     

A3夹心式压电超声扭转换能器的研制

本文对夹心式压电超声扭转振动换能器进行了理论及实验研究，得出了对称型扭转振动夹心换能器的共振频率设计方程，给出了频率方程式中一些主要的物理量的具体表达式。在此基础上，实际设计并制作了一个夹心扭转振动换能器，并对其所有的电声参数进行了测试     

计及横向振动的夹心式功率超声压电换能器

研究了大尺寸夹心式压电换能器的耦合振动。通过引入各部分的振动耦合系数及等效弹性系数,推出了换能器的耦合振动频率方程。与一维理论比,本方法不受换能器横向尺寸的限制。与数值方法比、本方法无需电子计算机就可迅速得出结果。实验表明,本方法得出的夹心式换能器的共振频率比一维理论得出的结果更接近于实测值。     

纵振换能器式圆筒型超声电机振动特性的研究

以纵振夹心换能器式圆筒型超声电机为研究对象,对换能器的振动状态进行了分析,给出了换能器弯曲振动的产生原因;研究了耦生弯振对电机机电耦合系数以及圆筒中弯振行波质量所带来的影响,耦生弯振的存在使得定子模态特征频率偏离换能器谐振频率,并使得定子圆筒中的弯振行波产生了畸变。最后,提出一种采用换能器弯振激励圆筒径向弯振的模态组合方式。     

用于超声物位测量的换能器研究

本文介绍了两种用于超声物位测量的系列换能器──纵向振动夹心换能器和纵振动与圆盘弯曲复合振动的压电换能器。纵向振动夹心换能器的尺寸为４０和８０，外壳采用了防腐蚀的ＰＶＣ材料。从压电方程出发，计算了换能器的各部分振动元件的尺寸，然后通过实测，结果表明与计算值相吻合，当换能器距天棚２．５ｍ时。不经过放大器可接收到第一次回波为３００ｍＶｐ－ｐ，配以发射、接收电路盲区为０．５ｍ。另一类是采用纵向振动与圆盘弯曲振动的复合换能器，它具有尖锐的指向性、高的发射效率和接收灵敏度。但是受激圆盘作弯曲振动时，在其表面…     

纵横耦合振动夹心式压电超声换能器的研究

本文利用解析方法研究了大尺寸及高频夹心式压电超声换能器的耦合振动。通过引入各部分的振动耦合系数及等效弹性系数，推出了换能器的基模耦合振动频率方程。与数值方法相比，由于计算公式具有简单的解析表达形式，因此无需电子计算机就可迅速得出结果。实验表明，本文理论得 出的夹心式换能器的共振频率比一维理论得出的结果更加接近于实际测量值。     

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．     

超声换能器表面振动和声场测量及其与经典超声换能器的仿真比较

超声换能器广泛应用于声学测量,其工作性能主要取决于它的振动与声特征。然而,多数研究中的换能器被认为是经典的活塞或高斯型,经典与常用的真实换能器之间的差异容易被忽视。基于此,首先用激光测振和传声器测声方法测量了某厂家换能器产品的表面振动与声场特征。然后设计有限元方案,分别仿真经典与真实换能器的声场。最后从辐射面振速分布、声场声压和相关系数等方面,综合比较经典与真实超声换能器之间振动与声场的异同。结果表明,换能器间的辐射面振速分布差别明显,所研究的真实换能器的声场特征接近于活塞,而与高斯型差别较大。     

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     

夹心式压电陶瓷超声换能器的非线性研究进展

夹心式压电陶瓷超声换能器是目前大功率超声设备中应用最广的一种换能器,其在大功率工作状态下会呈现出明显的非线性特征。综述了夹心式压电陶瓷超声换能器非线性方面的研究进展。首先介绍了国内外在压电陶瓷非线性方面的重要理论及实验研究成果,着重阐述了大功率领域常用的硬压电陶瓷的非线性研究工作,其次对夹心式压电陶瓷超声换能器的结构及工艺所引起的非线性进行了简要分析和论述,最后介绍了夹心式压电陶瓷超声换能器非线性建模方面的研究进展。     

夹心式复频功率超声压电换能器及其电端匹配电路的研究

本文研究了夹心式复频功率超声压电换能器的理论设计及其电端匹配电路.探讨了换能器的电端电抗元件对换能器振动性能的影响,并提出了一种利用电抗元件改变换能器不同振动模式共振频率的方法.所得结果可用于复频换能器匹配电路的设计及换能器不同振动模式共振频率的调节.     

压电／超磁致伸缩混合式宽带纵振换能器的线性数学模型

压电/超磁致伸缩混合式宽带纵振换能器利用压电材料和超磁致伸缩材料的耦合振动，产生双谐振来获得宽带特性。本文对其进行了线性数学模型的建模分析，得到了换能器空气中的振速分布、谐振频率、导纳曲线及机电等效电路。线性模型的仿真结果与实验测量结果进行了比较，符合较好。     

一种可用于重油降粘的大功率超声换能器设计

基于夹心式压电换能器基本原理,设计了一种可用于井口重油降粘和高凝油降凝的工业规模应用的大功率压电超声换能器,其工作频率为16.86 kHz,输入电功率为500 W,可在100℃高温环境下长时间连续工作。首先根据工作环境需要设计了换能器模型,结合等效电路法和传输矩阵法,计算了换能器满足谐振频率条件的各部分参数;通过有限元仿真软件ANSYS对换能器进行了模态分析和谐响应分析,确定了换能器的最佳工作模态和工作频率。根据仿真模型,制作了工程样机,通过阻抗分析仪测得其实际的工作频率与仿真结果的误差为0.5%。这种大功率压电超声换能器有望在重油降粘以及超声处理工业中得到规模化应用。     

夹心式复合变幅杆换能器频率方程的推导

应用复合变幅杆及夹心式换能器结构,研制了一种新型夹心式发射换能器。根据等效电路理论推导了这种夹心式复合变幅杆换能器的等效电路模型,得出了换能器频率方程。考虑黄铜电极片对压电振子的密度及等效纵波声速的影响,应用等效参数理论修正了频率方程。通过实验验证,误差由修正前的2.09%降低到修正后的0.64%。