球壳换能器电声效率测量方法及声场特性分析

在高强度聚焦超声治疗系统中,换能器的电声效率是治疗剂量控制中的重要参数,其在焦域附近的声场分布同样重要。该研究以球壳聚焦换能器为研究对象,基于辐射力天平法与平面扫描法进行输出声功率的测量,同时测量其激励电功率后计算得到电声效率,并就其声场特性分布以及存在的非线性传播现象进行了简单阐述。两种测量方法测得的电声效率在声学计量的误差允许范围内,实验结果表明两种方法在测量球壳聚焦换能器输出声功率时具备较好的一致性。     

用高频瓦特表测量夹心压电换能器在大功率状态下的电声效率

本文介绍实用状态下夹心换能器电声效率的测量实践。主要使用高频电功率计,通过测量同一振动速度下的空载时和有负载时电功率,及两种状态下的介电损耗功率,就可计算出电声效率。此方法具有速度快、设备简单等优点。     

夹心换能器的节点位置对其特性的影响分析

以半波长夹心换能器的节点位置与压电陶瓷堆中心的距离为变量,分析了换能器的力因子,等效机械阻,潜在最大电声效率,以及电声效率与负载的关系等一些特性指标与节点位置的关系。提出了工程实际中,换能器节点位置选取的一些考虑。     

测试大功率超声清洗机功率和效率的简易方法

从大功率超声清洗机电源输入到换能器的电流、电压波形皆非正弦波形。采用本文介绍的求和近似法,可以测试电流、电压的有效值以及平均功率。我们用求和近似法对大功率超声清洗机电源的电流、电压、电功率以及输入到超声换能器的电流、电压、电功率进行了测试,并用量热法对清洗槽获得的声功率也进行了测试。由测试结果计算出电源和超声换能器的效率。与已发表的结果比较接近。该方法可靠、直观、而且成本低,适合于生产厂家在现场进行测试与实验。     

功率换能器电声效率测量的初步研究

本文初步研究了利用值流量热法,在牛角尖形量热计中,对功率换能器在实用功率状态下电声效率的测量.这种测量方法避免了已往在小信号情况下测量功率换能器电声效率的一些不足之处.其中对恒流量热法测量原理、量热计形式和吸收液的选择等都作了简要的讨论,并给出了部分换能器的测量结果.     

关于多层薄膜微波超声换能器

在微波超声技术中,最常用的换能器之一是放在重入式谐振腔中的压电介质棒(通常为石英棒)。这种换能器的效率很低。 本文建议采用多层压电薄膜作为微波超声换能器(如图1所示)。在欲将声传入的材料棒上,相间地制备压电和非压电薄膜,每层厚度都等于该介质中的声波半波长,将此多层薄膜系统置入例如由重入式谐振腔产生的微波电场中,即可获得高效率的电声换能。     

铌酸钾钠基无铅压电陶瓷纵振换能器*

高性能环境友好型无铅压电陶瓷及其应用是当前压电材料研究的热点之一,为了探究其在水声换能器领域的应用潜力,该文对铌酸钾钠基无铅压电陶瓷和锆钛酸铅压电陶瓷纵振式换能器进行了对比研究。依据仿真结果优化结构尺寸,制作了两种换能器样机并测试了其在空气中和水中的电声性能。测试结果表明,铌酸钾钠基无铅压电陶瓷换能器的谐振频率为35kHz,最大发送电压响应为 151dB,声源级可达 190dB,在 26kHz~67kHz 的频率范围内发送电压响应的起伏不超过±4.5dB,谐振频率处-3dB 的指向性开角约为 76°。该无铅压电陶瓷换能器具有和锆钛酸铅压电陶瓷换能器相当的发射性能,有望推动无铅压电材料在水声换能器领域的应用进程。     

超声换能器的高功率性能测试

大功率超声换能器的性能测试是比较困难的．本文提出了一种测量大功率伏态下夹心式压电换能器性能参数的新方法．利用该方法不仅能够得到换能器的各种转换效率，而且可以测量换能器等效电路中的等效电参数．实验表明，用该方法得到的结果与用高频电功率计法所得的结果基本上符合．这一方法为换能器的大功率状态性能评价提供了途径．     

压电陶瓷复合振子的电声效率与振子压电片位置关系的实验研究

压电陶瓷组成的功率超声复合振子,虽然有不少优点,但是在实际负载中,有时声负载匹配不够理想,声能不易辐射出去。如果压电片的位置放的不妥当,其声能就更辐射不出去,增加了换能器的损耗,降低了电声效率。本文从振子的晶片位置上研究了这个问题。 一、引言 关于复合振子的压电片位置,有人曾作过研究。例如:Shoh研究了压电片位置对振子内部功率损耗的影响。Lemaser在频率为10kHz下,研究了压电片的位置对阻抗、Q值和辐射端头位移的影响。汪承灏研究了压电片的位置对有效耦合系数的影响。我们根据压电片在振子中的位置不同,设计了多种20kHz的压电陶瓷复合振子。在超声工程常用的功率和位移振幅下,分两种情况试验:第一情况,向空气中辐射;第二种情况向水中辐射。通过这些实验,从压电陶瓷片在振子中的不同位置,观察它们的内部损耗功率和电声效率的变化。     

反铁电相变陶瓷低频发射换能器

在具有高阶形式的广义压电方程基础上,讨论掺镧改性锆锡钛酸铅PbLa(Zr,Sn,Ti)O3(PLZST)反铁电相变陶瓷的非线性机电耦合问题,得到类似传统线性压电方程的近似线性电致伸缩方程,给出了一种解决非线性反铁电相变陶瓷换能器电声转换问题的分析方法,即在直流偏置状态下对PLZST反铁电相变陶瓷的材料参数进行近似线性等效化处理进而分析换能器的电声转换问题.在此基础上,研制了水中谐振频率1.1 kHz新型反铁电相变陶瓷低频弯张换能器.湖上试验结果表明,与同结构同尺寸压电陶瓷弯张换能器相比,目前反铁电换能器样品的发射电压响应约高3dB,声源级高出9dB,并验证了本文所提出的分析非线性反铁电相变陶瓷换能器方法的正确性.     

纵振合成超声振动系统的研究

本文研究由磁致伸缩换能器驱动的纵向振动合成超声振动系统。文中介绍了结构设计,研究了声波导横向尺寸、驱动换能器数量及安装位置以及输入电功率对合成振动系统输出端位移振幅的影响,给出实验结果。由4个换能器组成的合成振动系统,当输入电功率为2.2KW时,在直径为20mm的输出端得到近300μm的双振幅。用于冷拔精密高压油管,产品精度达到西德DIN 7300A级国际水平。     

球形发射换能器多目标优化设计

为了解决球形发射换能器多约束条件下的离散/连续变量混合型非线性多目标优化问题,基于等效电路理论,建立了球形换能器的电学-力学-声学耦合模型,以辐射声源级、输入电功率和质量为优化目标函数,材料属性参数、结构尺寸参数、工作频率范围和输入电压为设计变量,压电陶瓷电退极化极限、结构强度极限、功率容量等物理特性以及设计变量取值等为约束条件,构建了球形换能器多目标优化数学模型;利用第二代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)进行了球形换能器多目标优化设计,获得Pareto前沿解集;并通过实验验证了优化结果的有效性。结果表明,采用多目标优化方法设计和制作的球形发射换能器样机,在满足辐射声源级要求的前提下,工作频率范围内输入功率降低了32.8%,质量减轻了27.4%。研究结果可为严苛条件限制下的发射换能器优化设计提供参考。     

输入电功率在大范围内变动时声致发光与电功率之间的关系

采用频率为１．１ＭＨｚ，声辐射面积为３ｃｍ＾２换能器，在输入电功率０－１２０Ｗ范围内研究了被空气自然饱和纯水中声致发光强度和输入电功率在大范围内变化时的关系，结果表明，声致发光在输入电功率为７０－９０Ｗ之间，不再随输入电功率的增加而增加，呈现出饱和现象，在饱和值的出现前，发光强度随输入电功率的增加呈不规则的阶状增加，在饱和值结束后，随输入电功率的增加，发光强度迅速减小，本文对实验结果进行了些定性的     

PB-1型窄脉冲压电薄膜可逆式换能器

本文著者研制成PB-1型PVDF可逆式压电换能器。它的通频带较宽,中心频率500—900KHz,通带Q值1.5,发送电压响应[级]148.9dB(re:1μPa/V),灵敏度-210dB(re:1V/μPa)。在水中声脉冲持续时间7—10μs,并有足够的声功率输出,电声效率约10％。 本文介绍了该换能器的结构、理论分析、测量结果及应用效果。证明了理论与实验的一致性。可供电声、水声、超声等其它PVDF传感器设计时参考。     

决定超声换能器最大效率的参量N_(eff)

换能器的电声效率在功率超声处理技术中是一个很重要的问题。研究它与哪些因素有关,在什么负载条件下能够达到换能器的最大效率,这对于如何设计和制造换能器;如何进行声匹配等等都具有实际意义。本文给出一个评价功率超声换能器的效率及其负载适应能力的重要参数N_(eff),并提出测量方法。     

一种小型球形宽带发射换能器

设计了一种小型球形宽带发射换能器,换能器由正六面体基座、六个压电晶堆和弧形辐射面组成,是一种球形空间对称结构。球形设计使得换能器内部结构紧凑,而且在体积一定的情况下具有最佳的辐射阻,是一种高效的小型大功率无指向性声源。采用有限元方法对换能器进行了优化设计并研制了换能器样品。水池测试结果表明,该换能器样品的工作带宽为2.6 k Hz～5.2 k Hz,最大声源级达到200 d B以上,电声效率50%左右,优质因子FOMm达到36 W/k Hz·kg。     

88-1型超声乳化、强化处理机(研制产品)简介

一、概 况: 本机由电发生器和T-1型系列压电超声换能器组成,可用于超声乳化、强化处理,包括超声乳化、清洗、分散、破碎和强化化学反应等,系一机多用。 本机操作简单,实用性强,既可用于实验室小样试验处理,也可增加辅助设备配套用于工业生产。 二、主要性能和工作参数: 电发生器,频率14—20kHz可调,电功率0—250W可调。 T-1型系列压电超声换能器有T-1型T-1A型、T-1B型、T-1C型四种,都是带变幅器高强度超声换能器,频率14-20kHz,电功率小于250W。     

压电晶体换能器在声学实验中的调配

本文根据受迫振动的数学分析，解释了阻尼对共振频率的影响，找到了提高压电晶体换能器在声学实验中振幅传递效率的方法。     

非线性工作状态压电换能器匹配技术

针对压电换能器在大功率下存在复杂非线性而导致匹配参数难以优化的问题,以大功率超声金属焊接为例,通过采集测试焊接过程换能器两端电压的幅值与频率,建立换能器反谐振电阻与驱动电压有效值、频率之间的数学模型;提出基于反谐振电阻模型的最优功率匹配方法,推导了匹配电感电容的计算公式。最后实验验证了数学模型的准确性,且当换能器输入功率在最优功率附近时,匹配网络电能传输效率最高。     

向空气中辐射超声波的环形压电换能器

超声压电换能器向空气中辐射超声波的主要缺点是效率低,这是由于压电材料的声阻抗与空气的声阻抗严重失配(差5个数量级)。有两种途径可提高换能器向空气中辐射声波的效率,一是采用多层结构的匹配技术,二是设计高、低声阻抗材料相组合的换能器。作者遵循后一种方法设计并制作了一种新的高效压电换能器。它是将压电圆环埋置在低阻抗的弹性材料(塑料或树脂)中而成的,如图1所示。