超声轴承用压电换能器结构设计与有限元分析

提出了一种超声轴承用新型径向挤压式压电换能器,对换能器的机电特性进行了有限元分析。明确了有限元建模方法,从模态分析角度分析压电换能器的谐振频率和径向最大振幅,依据模态分析结果对压电换能器的幅频特性进行谐响应分析,采用正交试验法对换能器结构进行优化设计,制作最佳结构压电换能器样机,并进行工作频率测试。实验结果表明,换能器径向振动谐振频率的有限元计算值与实验结果具有良好的一致性,证明了有限元计算的正确性,为超声轴承用压电换能器的设计研究提供重要价值。     

超声轴承用压电换能器结构设计与有限元分析

提出了一种超声轴承用新型径向挤压式压电换能器,对换能器的机电特性进行了有限元分析。明确了有限元建模方法,从模态分析角度分析压电换能器的谐振频率和径向最大振幅,依据模态分析结果对压电换能器的幅频特性进行谐响应分析,采用正交试验法对换能器结构进行优化设计,制作最佳结构压电换能器样机,并进行工作频率测试。实验结果表明,换能器径向振动谐振频率的有限元计算值与实验结果具有良好的一致性,证明了有限元计算的正确性,为超声轴承用压电换能器的设计研究提供重要价值。     

基于COMSOL Multiphysics超声波电机的谐振特性分析

基于COMSOL Multiphysics对超声波电机压电振子谐振特性进行了理论分析,建立了超声波电机压电振子的实体模型,仿真计算出了压电振子的谐振频率,确定超声波电动机的最佳工作频段,提出了电机与驱动电路匹配方法.试验结果表明:当对压电振子施加幅值为100 V的激励电压后,软件分析和数学计算基本一致,可见仿真分析方法的可行性,为研究超声波电机谐振特性提供了一种简便的计算方法.     

交叉指型电极压电振子的谐振特性研究

根据压电振子的动力学方程,采用有限元软件ANSYS对交叉指型电极压电振子进行了谐响应分析,得到了压电振子的横向振动响应,获得了分支电极参数对交叉指型电极压电振子谐振频率的影响规律.利用阻抗分析仪对交叉指型电极压电振子的谐振频率进行了实验研究,并与仿真结果进行了对比,两者基本吻合,验证了数值模型的可靠性.此外,研究结果还表明,采用较小的电极周期,可以明显降低振子的谐振频率,从而在相同的激励下,获得较大的作动应变.     

一种弯曲振动压电换能器的设计

介绍了弯曲振动形式的压电陶瓷换能器,该换能器由两个并联粘接的压电陶瓷圆片、振膜和外壳组成.分析了换能器在不同边界条件下的振动模式,计算并优化压电陶瓷片的尺寸,推导出谐振频率,使换能器工作在2.5 ～4.5 kHz.该换能器作为收发合置换能器使用,在消声室测试,其灵敏度大于89 dB,平均接收灵敏度大于22mV/Pa.     

多自由度超声电机振动频率的修正

多自由度超声电机是将两种以上的超声振动模式按照一定的方式组合,通过在定子表面的椭圆运动实现转子的多自由度转动.该文对纵弯复合模式圆柱形多自由度超声电机的振动特性进行了研究,该电机的定子由两组夹心式振子组成:一组夹心式压电片在电压激励时能在纵向产生较大的振动位移;另一组夹心式压电片由2个纵向振动的压电片和4个铜电极组成,用于产生两个方向的弯曲振动.为了研究电机的工作特性,参照换能器频率的计算方法,通过纵弯振动的波动方程推导了电机纵弯振动频率方程,考虑多自由度工作时,电机定子纵弯振动的相互影响,对纵弯振动频率方程进行了修正,并将理论计算结果、数值仿真结果及实验测试结果进行了比较,证明了理论计算的正确性.     

层叠复合材料宽带换能器设计

利用多模耦合原理,将两片不同厚度的1-3型复合材料叠堆,制作宽带压电振子。用串并联理论与等效参数理论,计算不同厚度复合材料的谐振频率,得出构成层叠压电振子的两片复合材料的谐振频率差,并通过实验加以验证。结果显示,实验值与计算值吻合较好。将上述压电振子灌封,制作水声换能器并进行测试。结果表明,四只换能器的–3 d B带宽最大可达80 k Hz,最大发送电压响应均在163 d B以上。     

厚度伸缩压电陶瓷振子

对厚度伸缩压电陶瓷振子的振动状态进行了分析,并得到其等效电路.推导了振子的谐振频率、反谐振频率以及等效电路参数与振子尺寸、振子材料的介电、压电、弹性常数间的关系式.最后讨论了振子的一些特性和制作.     

超声键合变频式超声波发生器的设计

用于超声键合工艺的超声波发生器是引线键合封装设备的主要装置,其作用是驱动换能器并使其处于谐振工作状态,多工作频率点是未来换能器发展的一个重要方向.传统超声波发生器不具备多频段频率跟踪功能,该文构建了一种变频式超声波发生器,可动态适应不同特性的换能器,具有通用、应用面广等特性.变频式超声波发生器基于嵌入式系统,采用快捷准确的直接数字频率合成(DDS)及锁相环(PLL)反馈方案,实现自动查找换能器各谐振频率以及频率自动跟踪功能.实践证明,变频式超声波发生器可以驱动各种不同谐振频率的引线键合超声波换能器,并达到换能系统工作时的快速锁相、准确锁频要求.     

基于1-3压电复合材料的透镜式聚焦换能器设计

为了抑制压电陶瓷透镜式聚焦换能器振动的多模耦合现象,提高换能器电声转换效率,采用1-3压电复合材料,设计了一种新型的透镜式聚焦换能器;首先计算并仿真了1-3压电复合材料的厚度谐振频率ft和厚度机电耦合系数kt,理论和仿真结果分别相差2.947％和0.933％;接着对换能器做振动分析,结果表明,在换能器谐振频率ft处,声透镜中心径向振幅仅为厚度振幅的7.9％,径向振动得到有效抑制,这有助于提高换能器电声转换效率.