四分之一波长夹心式压电超声换能器的设计研究

阐述了四分之一波长夹心式压电超声换能器的结构特点,对其机电振动特性进行了理论分析,得出纵向振动下换能器的机电等效电路图,给出了频率方程,并设计出一个换能器.使用有限元仿真软件ANSYS对换能器进行模态分析,结果显示其纵向振动时的同有频率与理论值十分接近,验证了理论推导的正确性.     

压电换能器的研制及其在精密工程中的应用

10年前压电陶瓷还只是作为一种新的材料面世,其应用也是介绍日本和欧美的情况,如今压电陶瓷的应用已进入国民经济的各个领域。压电器件以其独特的优越性能,在航空、航天、集成制造等精密工程领域中正发挥越来越重要的作用。 本文首先介绍了压电器件在航天、航空、精密机械制造、控制等高新技术领域中的应用;分析了不同类型压电陶瓷材料和各种不同压电器件的性能;最后指出设计和研制中的一些问题。     

圆锥型压电换能器的动态设计与实验研究

对一种圆锥型夹心式压电换能器进行了动态设计与实验分析。利用有限元分析方法对换能器进行了动态设计,给出了该类压电换能器有限元建模方法,分析了换能器主要结构尺寸对振动模态、固有频率的影响。依据有限元分析结果,提出了一种基于数值分析的换能器优化设计方法,简化了设计过程。在数值分析的基础上,设计、研制了圆锥型夹心式压电换能器,并对压电换能器进行了性能测试。并将实验测试数据和有限元分析结果进行了对比,测试结果验证了数值分析与设计方法的合理性。     

基于压电陶瓷的新型换能器的研究

Cymbal换能器是一种新型压电复合换能器,能输出较大的位移和驱动力。应用软件分别分析和实验验证了Cymbal换能器的形状参数h对频响和结构特性的影响,同时比较了Cymbal和其它两种结构的换能器在位移方面的差异。     

压电超声换能器的粘接技术

通过对粘接理论和粘接破坏形式的分析，针对超声换能器对粘接的机械性能和声传输性能的特殊要求，给出了超声换能器粘接的实用方法，包括表面润湿方法、非均匀加载固化等，经过实验的验证，取得了理想的效果，为其它领域的压电器件的粘接工艺提供了有效的方法。     

悬臂梁式压电换能器能量获取特性研究

研究了悬臂梁式金属-陶瓷压电复合换能器的工作机理,运用有限元理论,借助ANSYS软件建立了压电换能器的有限元分析模型,通过模态分析得到了其固有频率;并且在模型表面施加动载荷,通过瞬态分析,获得了一般环境周期载荷频率和固有频率载荷下换能器的电压输出情况,为今后研究此类换能器的环境吸能特性和可能的应用场合提供了理论依据.     

高强度螺栓声速检测的压电换能器研究应用设计

为了建立快速简单的高强度螺栓应力检测技术,本文从超声波传播理论出发,建立无应力下螺栓声速关系,研究了压电换能器设计理论,设计选择出了适合检测螺栓声速的压电换能器,并对整个系统进行了试验设计和检测。实验结果表明:从改进压电换能器出发能够直接检测螺栓声速,并且保证了检测精度要求,为超声检测螺栓应力提供了新思路和方法。     

四立柱压电换能器装配机研制

针对传统压电换能器装配方法中存在的压电换能器电声转换效率低、易发热、陶瓷片易破碎、压电换能器易松开、压电换能器和超声波发生器难以匹配等问题,为实现压电换能器的自动装配,提高装配精度,对压电换能器装配方式进行了研究。通过采用有限元的方法,设计了一种四立柱压电换能器的装配机。论述了该装配机的基本组成部分,并对机械结构进行了力学分析,介绍了电机的控制方法和控制系统的流程。利用该装配机进行了装配,并对新装配压电换能器进行了每天测量。研究结果表明,使用压电换能器的装配机装配效率得到了极大的提升,压电换能器的质量、稳定性和可靠性得到了提高。新装配的压电换能器在装配完后性能仍有一定的提升,在7天之后趋于稳定。     

V型压电换能器的有限元分析与实验

为实现对不同方向环境振动能量的收集,提出了一种新颖的V型压电换能器,对其进行了有限元仿真分析和实验测试.有限元分析表明,压电陶瓷片与金属弹性基片之间有一个最佳厚度比,为0.5,使得换能器发电能力最强.随着换能器两金属基片夹角的增大,其输出电压不断减小.实验测试显示,有限元分析与实验结果具有较好的一致性,且都在压电陶瓷片厚度为0.15 mm时,其输出开路电压最大,验证了有限元分析的可靠性,在输出功率测试中,V型压电换能器对外负载供能具有较好的优越性,且在峰值为0.3N的作用力下,输出功率达到22 μW.     

超声切割用压电换能器理论设计及有限元仿真

基于波动方程和频率方程,建立了电镀金刚石线锯超声切割用压电换能器的解析模型,得到了压电换能器各组成部分的结构尺寸。借助有限元分析软件ANSYS对理论设计的压电换能器进行了动力学分析和优化设计,得到了压电换能器的优化模型。分析结果表明,有限元法对压电换能器的设计和分析具有很好的指导作用。这种换能器具有良好的性能,对下一步的应用研究有重要意义。     

压电换能器底座ANSYS有限元分析

压电换能器是超声无损检测中的一个重要的组成环节,然而,有许多因素影响压电换能器的性能。文章运用有限元ANSYS软件,模拟出压电换能器的模型,分析其底座对压电换能器性能的影响。结果发现,金属基座不仅具有保护压电材料的作用,解决电极引出问题,而且还能增大压电换能器的输出电压,有效地提高其压电性能。     

镶拼式复合压电超声换能器的径向振动特性

对一种镶拼式复合压电超声换能器的径向振动特性进行分析。该镶拼式复合压电超声换能器由弹性内芯、矩形压电陶瓷晶堆环组及金属预应力管径向复合而成。采用压电陶瓷晶堆,可大幅提高换能器的功率容量及有效机电耦合系数。依据机电类比原理,得出换能器的机电等效电路和共振频率方程;探讨换能器的第1、2阶共振和反共振频率及机电耦合系数与其几何尺寸之间的关系,并进行有限元仿真分析和试验测试。研究表明,换能器第1阶径向共振及反共振频率随其内芯内径及预应力管外径增大而降低;第2阶共振频率随内芯内径增大存在极小值,但随预应力管外径增大而下降,并且第2阶共振模式的有效机电耦合系数较高。对换能器共振频率的测试和仿真表明,理论与试验及仿真结果相符合。     

高Q_M值夹心式压电超声换能器的设计

为了改善换能器的QM值,降低换能器工作时损耗,设计了一种工作在并联谐振频率的压电超声换能器。根据换能器的频率要求,利用换能器的频率方程完成换能器结构尺寸的设计;使用有限元方法对换能器的结构和性能进行了仿真分析;通过实验分析了压电陶瓷晶片关键参数对换能器性能的影响,提出陶瓷晶片匹配原则,为生产高QM值压电换能器提供了参考。     

压电换能器装配液压扭矩扳手设计

针对压电换能器传统装配中存在的扭矩不稳定和大批量装配时不能保证统一性与准确性的问题,分析了液压扭矩扳手结构特点及其关键设计,提出了压电换能器装配液压扭矩扳手的具体方案。研究结果表明,该方案实现了大批量压电换能器装配扭矩恒定的要求,也为大批量恒扭矩装配压电换能器奠定了基础。     

复合管功率超声压电换能器的径向振动特性

在纵向复合压电超声换能器基础上,提出并研究带预应力外壳的径向复合管压电超声换能器的径向振动特性。换能器由径向极化薄壁压电陶瓷圆管与预应力金属圆管外壳径向复合而成。依据机电类比原理,建立起复合系统的径向振动等效电路,并给出其径向振动共振频率方程。结合数值计算例,探讨换能器的共振和反共振频率以及有效机电耦合系数与预应力圆管半径比之间的关系。设计制作4个径向复合管压电超声换能器样品,通过试验测量换能器径向振动共振和反共振频率。结果表明,换能器径向共振频率的理论值与测量结果符合较好,误差小于5%。     

超声波轴承用挤压式压电换能器的共振频率

设计了一种超声悬浮轴承用新型径向挤压式压电换能器,用于验证超声波轴承径向共振频率理论计算的正确性。基于弹性理论、压电方程和机电类比原理,建立压电换能器机电等效电路图,理论推导出了压电换能器径向振动的共振频率方程;然后,应用Matlab软件计算出了压电换能器的共振频率。采用有限元软件对已知结构尺寸的换能器进行模态分析,计算出压电换能器所需振型及该振型下的共振频率,数值仿真分析了换能器结构尺寸对换能器共振频率和径向振幅的影响。最后,设计了 一台样机,从理论、仿真及实验三方面对其共振频率进行验证。实验结果显示：换能器径向振动共振频率的理论值与实验结果相对误差为5.89%,仿真值与实验结果误差为3.53%。实验结果证明了理论计算方法的正确性,为压电挤压换能器的设计提供了理论依据。     

水声换能器及其研究和发展

阐述了水声换能器和频响特性、指向性及不同尺寸和频率范围的换能器的多种不同的校准方法，就其优缺点进行了比较。并具体介绍我国自声学院声学所成立以来水声换能器在换能材料和声学无源材料、换能吕和基陈以及水下电声测量等3个方面的取得的研究和成果。介绍了在压电陶瓷、吸声材料、换能器各种基阵等方面取得的国内外领先成果和应用现状。最后给出我国水声换能器的发展方向及动态，对其发展前景作了展望。     

悬臂梁式压电振动换能器的稳健设计

悬臂梁式压电振动换能器是一种新型的供电装置,从田口稳健设计的经验方法出发,结合悬臂梁式压电振动换能器的理论模型,以换能器的4个结构参数为优化参数,设计了以输出平均功率和工作频带宽度为优化目标的稳健优化设计方案.以Matlab/Simulink仿真模型作为稳健设计中设计参数与设计目标的纽带,并通过M文件编程,实现稳健设计的自动化.采用内外正交表交叉计算,优化目标的信噪比,通过对优化目标信噪比的方差分析,得到一组最优设计参数.将该组数据对应的换能器与单目标最大的典型参数对应的换能器性能进行对比,表明该组参数下,换能器有较好的工作特性.