计算增压式换能器谐振频率的简单方法

增压式换能器在一定条件下可近似地看作脉动圆柱换能器。它做接收水听器使用时因增压作用而有较高的接收电压灵敏度以及在低于谐振频率时有较平坦的频率响应。它也可作发射换能器,并有较好的发射性能。这采取适当措施以后可承受中等功率。由于这种换能器的谐振频率可灵活调节,与其它圆柱换能器相比,直径可做得较小,因而受到设计者的欢迎。它的应用也颇广泛。显然,对于这种换能器谐振频率的计算具有实际意义,且已有多人作过研究。本文从工程上的实用观点出发,从理论和实验的结合来研究上述问题,给出适合工程计算的公式。     

压电水声换能器宽带匹配特性研究

采用等效电路变换和多物理场有限元仿真计算进行压电水声换能器宽带匹配特性研究,得出不同匹配电路下的换能器电声性能的变化规律,合理选择电感电容值和串并联方式进行调谐匹配实现双峰谐振,一方面提高换能器的工作带宽,另一方面提高工作频率范围内的发送电压响应值并减小工作频带内响应值的起伏,依照仿真数据设计制作了一款球形换能器,采用串联电感进行调谐匹配,并测试调谐匹配前后的水中电声性能,对比匹配前后换能器性能的差异。结果表明,测试结果和仿真计算吻合,运用多物理场仿真计算手段对于预测分析水声换能器电声性能具有较好的指导意义。     

激励功率对微机械谐振梁谐振频率的影响

对谐振式微机械传感器的敏感元件——微机械谐振梁的谐振频率特性进行了详细的实验研究,并从理论上分析了激励功率对谐振频率的影响．实验结果表明,谐振频率随着激励功率的增加而近似线性减小,当激励功率从1．1mW提高到10．1mW时,谐振梁的谐振频率降低了1．609kHz,灵敏度为0．179kHz／mW．实验结论与理论分析的结果基本一致．若要使激励功率对谐振频率的影响减小,则要求降低激励功率并减小梁的长度,增大梁的厚度和宽度．上述研究结论对优化谐振式微机械传感器敏感元件结构尺寸的设计有指导意义．     

超声波电源频率跟踪系统的研究

当超声波换能器在长时间工作时,受发热的影响,谐振频率会发生漂移。为了保证超声波换能器一直工作在最佳谐振状态,本文提出了一种自动频率跟踪系统。该系统通过鉴相电路检测超声波换能器电压与电流的相位和方向,将PI调节频率变化大小与相位关系调节频率方向相结合来实现精确的频率跟踪。经过试验验证,该方法能够精确锁定最佳谐振频率并跟踪上超声波换能器的动态变化。     

压电水声换能器的声学特性分析

压电水声换能器是一种既能作为驱动器又能作为传感器工作的水下探测装置。准确预测其在嘈杂水下环境中的声学特性对设计出坚固耐用的换能器是十分重要的。有限元方法对分析换能器在不同环境中的各种性能十分有效和实用。建立了一种Tonpilz型换能器的二维轴对称有限元模型,设计了基于有限元方法的程序,对其进行了动力学分析,包括模态分析和谐响应分析等,获得了一些声学特性。该程序分析的结果与ANSYS软件分析的结果显示出较好的吻合性。     

基于Mulitisim的并联谐振电路特性的研究

本文通过Multisim软件仿真平台,实现了对并联谐振电路的特性研究。通过软件测量了谐振情况下,电源电压与电阻两端电压的特点、,谐振电路的相频和幅频特性曲线。软件仿真在实验课中的应用,大大提高了实验的效率,节约了耗材和实验仪器的损耗,值得推广。     

圆台型自聚焦超声压电换能器研究

对圆台型自聚焦超声压电换能器辐射声场分布进行了数值计算,分析了圆台换能器几何参数小端半径b、大端半径a以及高度h对轴向声场以及焦平面声场分布的影响。结果表明:圆台型自聚焦超声换能器轴向声场为振荡分布,声强平均值较高,存在一组最佳参数对应于最佳的聚焦效果,而径向声场分布比较均匀,焦平面有效半径小,受参数影响较小。     

高频换能器功率疲劳分析

压电陶瓷元件因疲劳破坏而失效是造成高频发射换能器损坏的重要原因之一。以一款高频换能器为例分析了换能器功率疲劳现象和压电陶瓷功率疲劳机理;针对高频换能器水中阻抗与空气中阻抗比较接近的特点,设计了空气中大功率发射以加速复现功率疲劳的实验方法,制作了实验样机;实验较好地复现了电导值下降、发送电压响应下降的功率疲劳故障现象,验证了发射功率是换能器功率疲劳的主要因素。当发射功率较大时,散热环境是诱发功率疲劳的重要因素。为避免换能器产生功率疲劳,必须重视发射功率、工作环境和散热情况;发射功率越大对工作环境散热要求越高。     

Modeling and fabrication of a piezoelectric vibration‐induced micro power generator

Abstract

In this paper, theoretical and experimental study on a piezoelectric vibration‐induced micro power generator that can convert mechanical vibration energy into electrical energy is presented. The mechanical‐electrical energy conversion mechanism is a voltage between two capacitors, which belong to the mechanical and the piezoelectric equivalent circuits, respectively. To verify the theoretical analysis, two clusters of transducer structures are fabricated. Piezoelectric lead zirconate titanate (PZT) material is chosen to make the energy conversion transducer. The desired shape of the piezoelectric generator with its resonance frequency in accordance with the ambient vibration source is designed by finite element analysis (FEA).

Experimental results show that the maximum output voltages are generated at the first mode resonance frequencies of the structure. The overall conversion efficiency is measured to be 33%. The experimental results coincide with the theoretical analysis.     

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。     

Analysis of an automatic phase adjustment system for the output signal of a quantum group frequency and time keeper

An phase locked loop (PLL) system for the output signal of a quantum group frequency and time keeper is studied. A mathematical model of an PLL system is constructed and recommendations are provided for optimizing its parameters. __________ Translated from Izmeritel’naya Tekhnika, No. 3. pp. 21–26, March, 2008.     

深腔流激振荡特性研究及能量采集初步分析

针对深腔流激振荡现象的内部声场特性及其流体动能利用方法进行了研究,通过对谐振空腔内部的流场和声场进行数值模拟,探究腔体结构尺寸和流速对内部声振荡响应特性的影响,选用合适的空腔结构安装压电换能器初步实现声电能量转换过程,并进行实验验证。结果表明,当谐振腔开口尺寸H_(R)=30 mm,长度L_(R)=230 mm时,可在相当于高压输气管道的流速范围内获得属于第一水力模态和第一声学模态的稳定声振荡;当气体流速为32.26 m·s^(-1)时,声场压力振幅可达4.62 kPa;选用压电陶瓷厚度hp=1.0 mm的压电片进行实验测试,可得开路电压为1.99 V;实验结果与模型预测结果趋势一致。该方法丰富了环境流体动能的利用方式,且有望在低功耗、远距离、低维护等特殊场合的微型无线电子设备中实现无源供电。     

大功率纵-弯超声振动系统的研究

本文研究了一种大功率纵－弯昨合模式超声振动系统。该系统由两个纵向大功率夹心式压电超声换能器及一个均匀截面直棒组成。文中给出了该振动系统的具体结构及其共振频率设计方程。根据均匀直棒的纵向及弯曲振动理论,导出了振动系统中纵向及弯曲振动同频共振的条件。     

双迭片弯曲换能器接收特性的分析与计算

本文理论上导出边缘固定金属压电陶瓷双迭片圆板弯曲振动换能器在忽略辐射阻尼和损耗及满足薄板小挠度和轴对称条件下位移的一般解,并进一步得到了共振频率,自由场电压灵敏度的计算公式,和实验样品的测试结果进行了比较,所得结果对金属压电陶瓷双迭片圆板弯曲振动换能器的设计具有参考价值。     

改性偏铌酸铅压电陶瓷高温特性及应用

文章分析了ＰＮＣ—３型改性偏铌酸铅压电陶瓷的高温特性，并就其可能的应用进行了试验．ＰＮＣ－３型陶瓷具有高居里温度（５６２℃）和低Ｑｍ特性，有强耦合系数和大的Ｋｔ／Ｋｐ比值．已成功地制成耐高温抗辐射的ＡＥ传感器和宽频带换能器等器件，并将其高温性能与美国Ｄ９２１５型高温ＡＥ传感器进行了比较．     

二端口网络在功率超声设计中的应用

依据二端口网络理论,利用力电类比方法,从变截面杆作一维纵振动的运动方程出发,建立了机械二端口网络的数学模型及传输特性方程,进而给出了功率超声振动系统中各部分的二端口网络传输参数;建立功率超声频率跟踪及恒定功率控制方案的网络分析方法。     

Electromechanical analysis of piezoelectric bimorph actuator in static state considering the nonlinearity at high electric field

This article contains electromechanical analysis of a piezoelectric bimorph actuator at high electric field by incorporating second-order constitutive equations of piezoelectric material. Tip deflection, block force, block moment, block load, output strain energy, output energy density, input electrical energy, and energy efficiency are analytically derived for the actuator at high electric field. The analysis shows that output energy and energy density increase more rapidly at high electric field, compared to the prediction by the linear model. The analysis shows energy efficiency depends on electric field. Some analytical results are validated with the published experimental results.