四端网络法在稀土纵振换能器设计中的应用

本文采用经典的四端网络法对一种稀土纵向换能器进行了建模和设计，并与有限元法ANSYS计算结果、试验结果进行了比较，三者吻合较好。     

纵向换能器宽带研究设计进展

复合棒换能器因其结构简单,性能可靠等优点在声呐系统中占有重要的位置。随着新功能材料、新理论的出现和发展,各种以复合棒换能器为基础衍生出的纵向换能器不断研制出来,在科研、军事领域得到广泛应用。了解、掌握这些换能器的工作原理对相关工作者不无裨益。介绍了纵向换能器的基本结构、工作模式、研究设计方法、及多种宽带实现思路和相应换能器具有的工作特性等。纵向换能器的多样设计不仅扩展了工作频率范围,也满足了许多不同的应用目的。     

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…     

自由端盖四梁凹形宽带弯张换能器设计

针对凹形弯张换能器改善低频宽带工作特性的技术需求,提出了一种自由端盖四梁凹形弯张换能器新结构。结构中将纵向振子的端部设计成弹性辅助梁,与主弯曲梁连接构成复合弯曲梁。同时为了克服弹性辅助梁对振动辐射带来的不利影响,引入了由纵向振子驱动的方形自由端盖并以此构成新的辐射端面。利用有限元软件分析了这种新结构弯张换能器的多模振动特性,模态分析表明换能器的前五阶模态是可利用的主要工作模态,频率间隔可以通过敏感结构参数进行调控。通过优化给出了一种设计方案,换能器整体几何尺寸为 140 mm×140 mm×396 mm,仿真分析了换能器在水中的导纳特性和发射电压响应曲线,结果表明：换能器最大发射电压响应大于 145 dB,发射电压响应起伏小于 6 dB的工作频带为 1.5~4.3 kHz,发射电压响应起伏小于 10 dB的工作频带为 1.5~8 kHz,具有低频宽带大功率工作特性。     

圆筒侧臂梁增压型水声换能器研究

提出了一种圆筒侧臂梁增压型水声换能器的结构形式,阐述并分析换能器的工作原理.利用有限元软件ANSYS对换能器进行了建模,分析了换能器的振动模态、工作频率和接收特性等方面.基于有限元计算的结果,制作了换能器样品并对其进行了测量,测量结果与有限元计算结果相吻合.     

Ⅱ型弯张换能器壳体的振动特性分析

弯张换能器是一种新型大功率换能器,具有低频、高效、结构紧凑、功率容量比大等优点。本文分析了Ⅱ型弯张换能器壳体的振动特性。讨论了壳体振动问题的数学建模及非伸长型振动条件下固有模态和准静态解,得出了对称式最低阶振型。     

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     

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。     

朗之万换能器振动模式的有限元三维分析

本文主要运用3D有限元分析方法来分析应用于水下声纳的朗之万换能器的振动模式,频率从40KHz-160KHz.限于篇幅,本文只从理论计算上分析了以下三种情况即换能器总长度大于其直径;换能器总长度与其直径相当;换能器的总长度小于其直径.计算结果显示出换能器纵向振动与径向振动两种模式的情况以及其耦合情况,并且表明在实际应用中可以采用激励压电片的直径大于或等于换能器的纵向长度的这种情况.     

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。     

纵弯耦合宽带换能器设计及高静水压实验分析

利用纵振换能器的前盖板弯曲振动与其纵向振动相耦合的方式来拓宽换能器的频带．采用有限元仿真软件ANSYS对换能器进行整体分析,经过大量的仿真计算,最终优化设计出纵弯换能器,使其电导响应和发送电压响应-3dB带宽均达到了一个倍频程,同时鉴于纵弯换能器耐压性能差,对其进行高静水压下实验分析,实验证明此换能器至少可以承受8MPa的静水压力。     

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。     

纵弯转换超声振动雾化系统的振动特性与设计研究

提出了由纵向振动系统与弯曲振动圆盘组成的纵弯转换超声振动雾化系统的新型结构。通过理论分析和有限元分析,揭示了由换能器、变幅杆与工具组成的振动系统的各种谐振状态特性, 研究了系统的谐振设计方法。分析表明：新型雾化振动系统工作于负载谐振模式,其谐振频率主要取决于纵振动系统的结构,弯曲振动薄圆盘相当于系统的负载。当弯曲振动圆盘谐振频率与系统的谐振频率越接近时,系统的输出振幅越大。通过实验证明了理论研究正确性。     

Improvement of the longitudinal vibration system for the hybrid transducer ultrasonic motor

This paper presents a symmetric hybrid transducer ultrasonic motor designed to produce large longitudinal vibration stress in the rotor/stator contact interface for high-torque operation. The nodal plane of the longitudinal vibration mode was adjusted to match the rotor/stator contact interface, and the piezoelectric ceramic disks for the longitudinal vibration were installed at the nodal plane of the longitudinal vibration mode for effective excitation. An experimental motor, 20 mm in diameter, using the first torsional vibration mode and the second longitudinal vibration mode was manufactured. A maximum torque of 0.8 N.m was achieved in the prototype, an improvement over previous versions.     

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。     

一种采用PVDF压电薄膜的弯张换能器

本文提出了一种采用PVDF压电薄膜代替弯张换能器的金属外壳的新型弯张换能器,即一种采用PVDF压电薄膜的弯张换能器。用阻抗分析仪、激光扫描测振仪和水声测量系统分别测量了采用PVDF压电薄膜的弯张换能器的谐振频率、带宽、发送电压响应、水平指向性。通过对比分析实验结果,可以看出该新型换能器与传统换能器一样可以将压电晶堆纵的振动转化为壳体的径向振动。     

Radiation impedance and equivalent circuit for piezoelectric ultrasonic composite transducers of vibrational mode-conversion

The piezoelectric ultrasonic composite transducer, which can be used in either gas or liquid media, is studied in this paper. The composite transducer is composed of a longitudinal sandwich piezoelectric transducer, a mechanical transformer, and a metal circular plate in flexural vibration. Acoustic radiation is produced by the flexural circular plate, which is excited by the longitudinal sandwich transducer and transformer. Based on the classic flexural theory of plates, the equivalent lumped parameters for a plate in axially symmetric flexural vibration with free boundary conditions are obtained. The radiation impedance of the plate is derived and the relationship between the radiation impedance and the frequency is analyzed. The equivalent circuits for the plate in flexural vibration and the composite transducer are given. The vibrational modes and the harmonic response of the composite piezoelectric transducer are simulated by the numerical method. Based on the theoretical and numerical analysis, two composite piezoelectric ultrasonic transducers are designed and manufactured, their admittance-frequency curves are measured, and the resonance frequency is obtained. The flexural vibrational displacement distribution of the transducer is measured with a laser scanning vibrometer. It is shown that the theoretical results are in good agreement with the measured resonance frequency and the displacement distribution.     

A U-shaped linear ultrasonic motor using longitudinal vibration transducers with double feet

A U-shaped linear ultrasonic motor using longitudinal vibration transducers with double feet was proposed in this paper. The proposed motor contains a horizontal transducer and two vertical transducers. The horizontal transducer includes two exponential shape horns located at the leading ends, and each vertical transducer contains one exponential shape horn. The horns of the horizontal transducer and the vertical transducer intersect at the tip ends where the driving feet are located. Longitudinal vibrations are superimposed in the motor and generate elliptical motions at the driving feet. The two vibration modes of the motor are discussed, and the motion trajectories of driving feet are deduced. By adjusting the structural parameters, the resonance frequencies of two vibration modes were degenerated. A prototype motor was fabricated and measured. Typical output of the prototype is no-load speed of 854 mm/s and maximum thrust force of 40 N at a voltage of 200 V(rms).     

纵振型低频压电水听器的等效电路及有限元分析对比研究

分别利用等效电路理论与ANSYS有限元仿真对纵振型复合棒式压电水听器的性能参数进行了计算,并将两种结果进行比对分析。对比发现两种分析方法得出的接收灵敏度最大值对应的频率不在同一处并且在数值上存在一定差异,在远离谐振点的较低频段,水听器的接收灵敏度都具有较为平坦的响应。等效电路理论只考虑了一维纵向振动并且将模型完全理想化,而ANSYS有限元分析则考虑了整个结构的纵向横向模态耦合,其建模更接近实际模型,因此ANSYS有限元分析在水听器的仿真优化设计中更符合实际情况,但还需制作实物,用实测结果进行比对。等效电路理论由于物理意义明显,可以为水听器设计和有限元仿真提供理论指导。     

基于有限元的异步电机电磁振动分析

电机的电磁振动是电机电磁场与机械结构耦合的结果,要研究电机的电磁振动,需要将电机的电磁场和结构振动分析结合起来。通过有限元软件,采用一种弱磁-固耦合的方法,对异步电机的电磁振动特性进行分析。首先利用ANSOFT有限元软件建立异步电机的二维有限元模型,计算电机的瞬态电磁场,得到电机在给定转速稳态运行状态下的磁场分布和作用在定子上时变的电磁力;其次用ANSYS有限元软件建立异步电机结构的三维有限元模型,将ANSOFT软件得到的时变电磁力进行频谱分析并校正,然后施加到电机上,计算出电机结构的电磁振动响应。基于对电机电磁振动特性的分析,可以对电机的电磁参数和结构进行改进和优化设计,以降低电机的电磁振动