超声波探伤换能器及其性能要求

本刊1995年第1期刊出了“超声波探伤换能器的重要性”一文,目的是想唤起超声波换能器生产厂商及超声波探伤人员的重视,以促进国产超声波探伤换能器质量的提高。文章发表后,引起了不少从事超声探伤工作者的注意,但由于条件的限制,国内不少生产厂对如何改进和提高换能器的性能指标,缺少必要的措施,为此,想再就探伤用换能器性能指标要求提出具体意见,以引起生产者和使用者的重视。 1 超声波的发射和接收 目前用于超声波探伤的换能器,大都利用压电材料所具有的压电效应,以产生和接收超声波,通称为压电超声换能器。 压电材料具有外部加机械压力,使之变形,其表面即产生电荷的效应,这是1880年居里兄弟所发现,随后于1881年又发现了在压电材料两极间加以电压就产生变形的现象。前者称为压电效应,后者称     

电磁声换能器的设计与应用

常规超声波检测所用的换能器是通过电能与机械能相互转化的压电换能器。介绍几种从产生不同形式波型的角度出发设计出的电磁声换能器，它是一种通过电磁耦合方式产生和接收超声波的挟能器。     

径向振动匹配层换能器的设计参数及模态优化

设计基于匹配层外壳的径向振动换能器,分析匹配层材料、换能器直径、压电振子厚度对换能器模态振型的影响,并结合设计频率下最佳模态振型优化换能器设计参数。结果表明:树脂基匹配层显著提高换能器在空气介质中的发射效率。随着换能器直径减小、压电振子厚度增加,径向振动换能器激振效率提高。优化的换能器直径为100 mm,压电振子厚度为10 mm,在第三阶谐振频率为34 729 Hz时,可实现高效率、高质量振动辅助研磨加工。      

薄壁轴承套内外壁缺陷超声横波检测换能器设计

为了兼顾薄壁轴承套内外壁缺陷的检测,设计了一种特殊的超声波换能器。该换能器楔块采用外注耦合剂方式,布置了压电晶片排列位置,确定了晶片大小。实现了对薄壁轴承套内外壁缺陷的超声波检测,并有望应用于相关产品的在线检测。     

超声波振动钻深孔的研究

在难加工的非金属材料和金属材料(耐蚀钢、钛合金和热强合金)上加工小径孔(Ｄ=2～8ｍｍ),甚为困难。超声波振动加工配备的是小尺寸超声波振动头和压电陶瓷换能器,以及能自动微调频率和调幅的晶体三极管发生器。图1为在铣床和钻床上利用ｆ=20～22ｋＨｚ、功率250Ｗ的超声波振动发生器钻孔的示意图。图1　超声波振动发生器钻孔示意图1.固定壳体的夹紧部件　2.机床主轴3.压电陶瓷换能器　4.工具采用超声波振动钻孔时,效果最好的是在非金属材料———石英玻璃、花岗岩、硅微晶玻璃、陶瓷、碳-碳复合材料上用管形金刚石钻头加工小径深孔(长度ｈ≤…     

压电换能器在谐振频率附近的等效电路仿真及实验研究

针对压电换能器的串并联谐振频率附近难以确定其最优匹配阻抗参数等问题,采用saber软件对阻抗匹配过程中匹配电感的参数进行仿真分析,以研究匹配电感参数对串并联谐振频率区电流大小及高频变压器次级电流电压相位差的影响。同时,对空载、加载等工况下串并联谐振区进行实验研究与验证。研究结果表明:将匹配电感调至最佳值时,压电换能器的输出电流最大,高频变压器次级电流电压相位差为零;压电换能器在空载工况下,其工作于串联谐振状态时的性能较好;而在加载工况下,其工作于并联谐振状态时的性能较好。     

基于超声波悬浮支撑的高速电机的设计

设计了利用单项支撑转子超声波悬浮的高速电机,采用压电换能器、永磁同步电机主轴,换能器辐射端面与主轴悬浮支撑帽均采用锥度相同的圆锥形结构,以保证主轴高速旋转时高度自动定心。测试结果表明:当超声波电源输出功率在500 W时,主轴转速达到20 000 r/min以上,悬浮间隙超过100 nm,大于两接触面粗糙度总和,主轴运转平稳,无接触摩擦噪声,不存在电磁耦合所导致的转矩波动和径向振动问题。     

声发射检测中的压电换能器

在声发射检测中，传感器是获取信息的关键部件之一。目前绝大部分声发射传感器都是压电换能器。就采用压电原理的声发射传感器的发展及其校准问题作概述，对声发射传感器中的特殊问题孔径效应及其对传感器设计、性能和校准的影响进行讨论。     

超声焊接压电换能器的研制

基于变截面杆作一维纵向振动运动方程,在理论分析的基础上,根据四端网络传递方程和端面运动状态推导出了常用截面形状细杆在各种运动状态下边界条件和四端网络传递矩阵参数以及频率方程.研究了适用于超声焊接的压电换能器的设计方法.为说明设计方法,利用四端网络法对压电换能器和变幅杆进行了设计.利用阻抗分析仪测量和分析了超声换能系统的谐振特性,并进行了系统的振动测试.分析和测试结果验证了设计的正确性.     

压焊

20095112超声焊接压电换能器的研制／齐海群…／／焊接学报．-2009,30（6）：17-20 基于变截面杆作一维纵向振动运动方程,在理论分析的基础上,根据四端网络传递方程和端面运动状态,推导出了常用截面形状细杆在各种运动状态下,边界条件和四端网络传递矩阵参数以及频率方程。研究了适用于超声焊接的压电换能器的设计方法。     

压焊

20095112超声焊接压电换能器的研制／齐海群…／／焊接学报．-2009,30（6）：17-20 基于变截面杆作一维纵向振动运动方程,在理论分析的基础上,根据四端网络传递方程和端面运动状态,推导出了常用截面形状细杆在各种运动状态下,边界条件和四端网络传递矩阵参数以及频率方程。研究了适用于超声焊接的压电换能器的设计方法。     

热超声键合压电换能器的动力学特性

基于有限元方法和试验测试,研究了芯片封装用压电超声换能器的动力学特忡。借助ANSYS压电耦合和非线性接触分析功能,对换能器自由和约束状态下的振动特性进行了分析。探讨了超声能量在空间域、时域和频域的传递规律。由模态分析得到换能器的振动形式,通过谐响应分析提取其在正弦电压激励下的振动信息,经瞬态分析获得换能器的瞬态响应。结果表明,螺栓径向尺寸和预紧力影响换能器的模态分布和动态特性,压电晶堆加载电压的频率影响超声能量传递特性。通过键合试验考察了焊点质量与螺栓径向尺寸的关系。分析和试验结果为换能器设计和键合工艺优化提供了指导。     

铸造铝硅合金超声处理研究现状分析与展望

除气(去氢)和晶粒细化,是增强Al-Si合金综合力学性能的主要措施。超声波处理因其独特的声学效果,使其在金属凝固过程中对除气与细化晶粒都有较好作用。结果表明,施振功率是影响除气及晶粒细化效果的主要因素,而目前的研究多是基于PZT(压电陶瓷)换能器进行的,由于施振功率较小,所以对基于振动技术实现Al-Si合金增强性能机理的研究有一定的局限性。超磁致伸缩材料由于有更大的功率密度及良好的控制特性,基于超磁致伸缩换能器增强铸造Al-Si合金力学性能的研究可为进一步提高铸造Al-Si合金力学性能提供新途径。     

中厚板EMAT无损探伤的特点

介绍了基于电磁效应的中厚板EMAT(电磁超声波换能器)探伤装置的基本原理和主要技术特点,并与传统的基于压电效应的PET(压电超声换能器)自动探伤装置进行了比较分析。EMAT自动探伤装置具备检测钢板温度范围广、无需耦合介质、探伤速度快和抗干扰性强等优点,未来在中厚板行业将具有良好发展前景。     

夹心式换能器设计中节面位置的选择与分析

夹心式压电换能器是功率超声加工系统的重要组成部分,在其设计过程中,不同的节面位置选择会对换能器的尺寸和性能参数产生不同的影响,同时,对整个功率加工系统也产生影响.针对3种节面位置进行分析,得出其在换能器尺寸、前后振速比和有效机电耦合系数方面的3种特殊位置公式,并进行对比分析,为换能器设计初期进行节面位置选择提供了一定的依据.     

稀土超磁致伸缩材料在水下发射器中的应用

本文从稀土超磁致伸缩材料的独特性能入手,结合国内外一些新的换能器设计理念,针对宽频水声换能器的使用特点,给出了换能器的理论设计方法,同时还给出了其结构形式.测试结果和使用性能表明,达到了预期的目的,这也是该材料在国内首次应用于单只宽频水声换能器中,开创了稀土超磁致伸缩材料应用的又一个先例.     

一种曲面背衬的宽带超声换能器

利用多共振原理设计一种圆形宽带超声换能器，它以通常的平板圆形压电晶片作为换能器振子，加上曲面背衬使整个系统达到多共振状态，实验表明，这种设计的尝试是成功的，其电阻抗曲线的共振明显被抑制，带宽增加了一倍以上。     

用电脉冲穿孔机床加工Al-Fe合金超声波换能器

我厂目前所进行的超声波清洗试验,长期以来因超声波设备里的换能器的性能没有得到解决,而影响了整个试验的进度。换能器是超声设备的心脏。它是由磁致伸缩材料的簿片叠堆而成。在我国,目前都是用厚为0.1～0.2的进口镍片制造,我厂原有的换能     

考虑负载切换的超声加工振动建模与控制

通过建立换能器和负载的等效M-C-K数学模型,分析了负载对超声波换能器的动态影响,并在Matlab软件中建立换能器的传递函数与仿真模型。提出了PID和H∞振动控制算法,其是建立在Matlab的Simulink仿真。通过对比分析发现,PID和H∞算法可实现准确、快速的控制效果。最后,对理论和仿真计算进行了实验验证。     

超声波振动拔管换能器的设计（续）

介绍了超声波振动拔管的原理，以及超声波振动拔管换能器的设计情况。