功率超声振动系统的研究进展

功率超声振动系统是功率超声技术中的关键部分,其主要部分包括功率超声换能器、超声变幅杆以及超声工具头或超声辐射器。本文就功率超声换能振动系统设计中经常遇到的一些关键问题进行了简要的归纳和总结,目的在于为功率超声换能器的优化设计和性能改善提供一些有用的设计指南和解决措施。同时,对一些新的功率超声振动系统进行了介绍,并简要分析了其发展趋势和应用领域。     

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。     

功率超声换能器辐射声功率的激光干涉测量

利用激光干涉仪,绝对测定超声换能器表面的振动位移并由此而确定超声换能器的辐射声功率,对一增幅杆型的超声换能器辐射声功率测量的实验结果表明,在本文的声功率测量范围内,空化对换能器表面的振运移测量影响不大,而且该换能器的电声功率转换效率经实验测定可达到０．４０。     

全国功率超声会议在无锡市举行

中国电子学会应用声学学会与中国声学学会于一九八一年十一月七日至十一日在江苏省无锡市联合召开了“全国功率超声”学术交流会.来自全国十个省市的专业研究机构、高等院校、工矿企业、医院及机关团体的七十六名代表出席了会议.会议交流了论文报告五十篇,其中综述报告七篇;换能器振动系统及测量十一篇;超声清洗五篇;超声加工(包括金属塑性加工)     

基于传输矩阵法的任意变厚度环型压电超声换能器

变厚度环型径向振动压电超声换能器可以实现阻抗变换、能量集中,具有辐射面积大、全指向性等优点,在功率超声、水声等领域被广泛应用.由于求解复杂变厚度金属圆环径向振动的波动方程比较困难,本文使用传输矩阵法将变厚度金属圆环的径向振动转化为N个等厚度金属圆环径向振动的叠加,得到了任意变厚度金属薄圆环径向振动的等效电路图、共振频率方程和位移放大系数表达式,分析了锥型、幂函数型、指数型、悬链线型金属圆环的位移放大系数与几何尺寸的关系.在此基础上,推导了由任意变厚度金属圆环和等厚度压电圆环复合而成的压电超声换能器径向振动的等效电路和共振频率方程.为了验证理论结果的正确性,使用有限元软件进行仿真,所得一阶、二阶的共振频率和位移放大系数的数值解与理论解符合较好.本研究给出了任意变厚度金属圆环径向振动的普适解,为设计和优化径向压电超声换能器提供了理论指导.     

四激励二维正交复合夹心式压电超声换能器的设计

提出了一种四激励二维正交复合夹心式压电超声换能器,换能器由四组纵向极化压电陶瓷晶堆、一个中心耦合金属块和四个外部金属圆锥组成。基于二维耦合振动机理和机电类比原理,建立了换能器的等效电路模型并推导了其谐振频率方程。利用有限元软件仿真分析了四激励正交复合换能器的频响特性和振动特性,并与其单独一个方向振子的振动特性进行了对比。加工了反相和同相模态的换能器,利用阻抗分析仪和激光测振仪测试了其频率响应和二维四向纵振动输出特性,并进行了大功率二维四向超声乳化实验测试。理论、仿真和实验结果表明:换能器具有反相和同相两个纵向正交共振模态,在这两种共振模态下均可实现二维四向纵振动输出,且换能器两个正交方向振子的纵向振动具有相互耦合加强的作用;等效电路法和有限元法所得换能器的共振频率和有效机电耦合系数与实验测试结果吻合,通过与单激励正交复合夹心式压电超声换能器的有效机电耦合系数对比,发现该换能器具有更高的有效机电耦合系数。     

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。     

多普勒导航圆盘换能器的方向特性研究

传统上,在设计有一定厚度的圆盘换能器方向特性时,总是近似采用一维活塞均匀振型,但它实际上是二维非均匀振型.我们研SJH-100型多普勒导航测速声纳换能器时,采用了两维厚向位移迭加模型,建立了计算方向特性的较精确的公式.经测量和计算机计算,证明它更切合实际.这种方法或可供设计水声、超声及电声圆盘厚度振动换能器的同志参考. 同时,本文探讨了铜外壳,声负载及其它声学结构对换能器方向特性的影响,从而提供了修正某些参数的依据.     

锥变截面管形超声振动系统的设计

设计了一种锥变截面管形超声振动系统,振动系统由夹心式压电换能器和锥形变截面金属圆管组成。推导了锥变截面管形超声振动系统的等效电路和谐振/反谐振频率方程。利用等效电路法、有限元法对锥变截面管形超声振动系统进行了分析设计并制作了相应的实验样品。研究结果表明,锥形变截面管的等效电路为一种新型的非互易二端口等效网络;锥变截面管形超声振动系统具有较好的频率隔离性、较大的位移振幅和均匀的振动位移输出。该超声振动系统可望在超声连续缝焊、环形部件的超声切割和超声钻孔等领域获得应用。      

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.     

压电超声乳化装置

随着工业的发展,能源消耗与日俱增,环境污染日益严重,世界各国都在寻找节约燃油、减少环境污染的途径,燃油掺水燃烧是目前国内外正在积极研究的方法之一.为研究内燃机使用柴油掺水乳化液的经济效果、动力性能和排气污染,我们研制了Ⅰ型压电超声乳化器.它由压电换能器及变幅杆振动系统、乳化腔和自动频率跟踪超声频电源组成.其特点是体积小、重量轻、单机功率容量大,可以进行连续处理.     

模式转换型超声塑焊振动系统的设计

基于弯曲振动理论和耦合振动理论,设计了一种新型大尺寸筒形超声塑焊振动系统。该振动系统由纵向振动换能器及变幅杆、弯曲振动金属圆盘和耦合振动圆筒四部分组成。换能器和变幅杆的纵向振动驱动圆盘的二次弯曲模式振动,圆盘的二次弯曲模式振动激励圆筒的纵向模式振动,实现了工具头在较高频率下谐振。实验结果表明,振动系统的测试频率与计算频率比较符合,在大信号下测试的纵-弯-纵振动模式转换效果很好。研究结果为高频大尺寸超声焊接系统的设计提供了思路。      

国内声学文献分类索引

(声学分类:0总类;1.物理声学22.水声学;3.机械振动学;4.噪声控制学55.超声学;6.语言声学; 7.生理声学;8.建筑声学Z 9.电声学;10.声学测试;11.大气声学5 12.地声学;13.生物声学;14.音乐声学;15.声信号处理) 0.总 类新型换能器及声基阵的发展概况,周福洪,郑士杰、姚青山,声学技术,9(1990),NO.4,1.航空声呐评述和展望,凌国民,声学与电子工程,1990,N。3,1.传声器的发展动向,张福学,电声技术,二990,N。 5,15.近代电声测量的主要思路,翁泰来,电声技术,1990,N。5,25. 2. 水 声 学厚度振动换能器脉冲响应的研究,郎益夫、蔡崇成、蒋桶祥等,声学技…     

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。     

由辐射膜同空气耦合的200kHz超声换能器

Matjaz Babic报道了一种新型的空气中发射用200kHz超声换能器。为改善声源与空气之间声阻抗的严重失配问题,通常采用的方法是:对高频超声(如200kHz以上的超声),多应用声阻抗匹配技术;对较低频的超声(如50kHz以下),多应用弯曲振动换能器,例如将压电品片与金属膜片粘在一起,使其产生复合弯曲振动。     

基于2-2型压电复合材料的新型宽频带径向振动超声换能器

本文提出了一种基于2-2型压电复合材料的新型宽频带径向振动超声换能器,它主要由内金属圆环和外压电陶瓷复合材料圆环组成.首先利用Newnham串并联理论和均匀场理论推导了2-2型压电复合材料的等效参数;其次利用解析法得到了金属圆环和径向极化压电复合陶瓷圆环径向振动的机电等效电路;最后得到了换能器的六端机电等效电路,从而得到了换能器的频率方程.接着分析了换能器共振频率和反共振频率以及有效机电耦合系数与几何尺寸、两相体积占比的关系,采用仿真软件对新型换能器的径向振动进行了数值模拟.结果表明,利用解析法得到的共振频率和反共振频率与数值模拟结果吻合较好.此外,对换能器在水下的辐射声场进行了仿真研究,结果表明新型复合材料径向换能器相比传统纯陶瓷径向换能器,发射电压响应幅值更大,工作带宽提高接近一倍,声匹配更佳.     

JC-2型晶体管超声处理机及其应用

JC-2型超声处理机是一种在液体中进行超声处理的多用途超声设备。它由超声振动系统(包括换能器和变幅杆)和超声频电动率源两大部份组成。其特点是在被处理液体中的超声强度可以在较宽的范围内连续调节,具有频率自动跟踪特性,在不同负载条件下能使振动系统始终工作在最佳状态。设有定时处理装置及输出强度指示,使用方便。     

功率型压电陶瓷的分类及研究进展综述

功率型压电材料是大功率换能器及压电变压器等的核心功能材料,广泛应用于声纳系统、超声检测、振动控制及其它机电设备等。尽管其组成和制备方法与其他压电材料类似,但特定的使用目的对功率型压电材料提出了特殊的综合性能要求。本文基于对功率型压电陶瓷材料组成的分类归纳,综述了该材料的性能特点、国内外研究进展,并对现存问题和应用前景进行了论述。     

直线微动马达箝位超声换能器(PGUT)研究

本文提出一种用于超声微动直线马达的环形三叠片压电箝位超声换能器(Position-Cripped Ultrasonic Transducer,简称:PGUT)。其原理是利用换能器的超声振动产生的表面效应,来实现直线微动马达的箝位或松位。本文给出了这种换能器的共振频率、有效机电耦合系数及实验结果。实验结果表明,PGUT 能迅速、平稳的执行箝位、松位动作,并且具有低工作电压驱动相似文献   

超声换能器表面的振动状态

从超声波在波密介质和波疏介质之间的传播以及诱发共振发射超声波的角度,讨论了空气中超声声速测量实验所用超声换能器的表面振动状态.理论分析及实验测量结果表明:超声换能器表面振动状态与其结构有关,超声接收器表面位移振幅一般不为零.