径向极化压电陶瓷长圆管复合超声换能器的径向振动

提出了一种圆管式径向复合压电陶瓷换能器,并对其径向振动特性进行了分析。该换能器由径向极化的压电陶瓷圆管以及金属外圆管组成。利用解析法得出了金属圆管以及具有任意壁厚的径向极化压电陶瓷圆管径向振动的机电等效电路。基于金属圆管与压电圆管的机械边界条件,得出了换能器的六端机电等效电路。在此基础上得出了换能器共振及反共振频率方程的解析表达式,给出了换能器的共振及反共振频率与其几何尺寸之间的依赖关系。利用数值方法对换能器的径向振动特性进行了模拟及仿真,并与解析结果进行了比较。最后,设计并加工了一些径向复合管式压电陶瓷换能器,利用精密阻抗分析仪对其共振及反共振频率进行了实验测试。研究结果表明,利用解析理论得出的换能器共振及反共振频率与数值模拟结果以及实验测试结果符合很好。      

悬臂梁压电振子宽带低频振动能量俘获的随机共振机理研究

研究了利用系统非线性来提高悬臂梁压电振子宽带低频振动能量俘获效率的随机共振机理,通过增加一对矩形永磁铁对传统线性悬臂梁压电振子结构进行了改进,结果揭示:在外部非线性磁力作用以及合适的磁铁间距条件下,这种外加磁力悬臂梁压电振子会构成一个双稳系统,在外部宽带低频随机振动源激励下发生随机共振现象,且发生随机共振时的输出电压明显增大,从而可以扩展悬臂梁压电振子的共振频率范围、提高低频振动能量的转化输出. 关键词： 压电悬臂粱 振动能量俘获 宽带低频 随机共振     

阶梯圆环压电超声换能器径向振动性能的理论研究*

提出了一种阶梯圆环径向振动压电超声换能器,根据力电类比原理建立了阶梯圆环及阶梯圆环换能器的径向振动等效电路,推导了阶梯圆环的径向共振频率方程和位移放大系数,在此基础上进一步推导了换能器的径向共振和反共振频率方程。通过理论推导和有限元仿真模拟分析了阶梯圆环压电超声换能器的径向振动性能。结果表明,增大阶梯圆环中内外环的径向厚度之比K1或减小轴向厚度之比K2,阶梯圆环的一阶径向共振频率减小,二阶径向共振频率增大;在二阶径向共振模式下,K1、K2值在一定范围内阶梯圆环可实现由内向外的径向位移振幅放大;随着压电陶瓷圆环的内半径增大,阶梯圆环压电超声换能器的一阶、二阶径向共振和反共振频率减小,二阶径向共振下的有效机电转换系数趋于零;增大阶梯圆环内环的外半径,换能器的一阶径向共振和反共振频率减小,二阶径向共振和反共振频率先增大后减小,理论推导与仿真模拟结果符合良好。本文研究结果为阶梯圆环压电超声换能器的工程应用提供理论参考。     

大振幅驻波的实验研究──Ⅲ：三次谐波的共振

在基波声压级（Ｌｐ１）为定值（１４８ｄＢ）的条件下，三次谐波变化曲线可用一“准周期”函数描述。其周期长度为驻波管的第一共振频率Δｆ＝ｃ０／２Ｌ。三次谐波的共振现象极有规律。共振峰处自身频率（ｆ３＝３ｆ０）准确地与驻波管频率相吻合。而曲线谷值的自身频率并不与驻波管反共振频率相同。三次谐波在共振区必为峰值，在反共振区必为其谷值。而在其他频段则有尚待解释的现象。     

含色散介质的一维光子晶体微腔中简正耦合模的物理图像

对一维光子晶体中的色散介质采用洛伦兹振子模型,对线性层及色散δ层均采用传输矩阵的方法,研究了一维含色散介质的光子晶体微腔中的简正耦合模.通过改变洛伦兹振子和微腔之间的失谐频率,分析了简正耦合模频率的变化情况.在失谐频率比较大时,光与洛仑兹振子间的耦合作用较小,简正耦合模中的一个接近腔模频率,而另一个则接近洛仑兹振子的共振频率;在失谐频率比较小时,光与洛仑兹振子间的耦合作用较大,简正耦合模与未耦合的腔模频率和洛仑兹振子的共振频率之间的差别较为明显.最后通过引进该结构的复有效折射率,对含色散介质的系统,由于带隙中间的共振模被湮灭并分裂为左右两个耦合模,其复有效折射率虚部在原共振峰处跃变为一较大值,而在新生成的两个耦合模附近趋近于零,光与色散介质相互耦合而形成的腔极化激元的物理图像十分清晰.     

纵向振子共振频率的理论和实验研究

本文研究了纵向振子径向和纵向振动的耦合问题,并将理论与实验进行了比较。其结果表明,用本文总结的纵向振子径向和纵向共振频率的一些公式,可满足工程设计上的需要。     

内部激励源二自由度结构扬声器振动特性分析

有别于多数基于简单振子结构的扬声器,针对一类内部激励源二自由度(IE2DOF)结构的扬声器,用类比线路图法建立集总参数模型,计算分析了这种结构的频率响应,同时计算了其固有共振频率和固有反共振频率。使用叠加法分析内部激励源对频响的影响。最后实际测量和理论计算吻合,进一步支持了理论模型,揭示了IE2DOF结构扬声器的振动特性。     

二维Duffing振子的大参数随机共振及微弱信号检测研究

研究了二维Duffing振子在绝热近似条件下的随机共振特性,针对大参数条件,提出二维Duffing振子的大参数随机共振,并探讨二维Duffing振子变尺度随机共振和参数调节随机共振的关联性,揭示大参数条件下Duffing振子随机共振检测特征信号的机理,扩展其在微弱信号检测领域中的应用.     

径向复合压电陶瓷超声换能器的径向振动特性研究

对径向复合压电陶瓷超声换能器的径向振动特性进行了分析。该换能器由一个厚度极化的压电陶瓷实心圆盘和一个金属圆环在半径方向复合而成。论文首先研究了压电陶瓷圆盘及金属圆环的径向振动,推出了其径向振动的机电等效电路。在此基础上,利用换能器的径向边界条件,得出了径向复合压电陶瓷换能器的机电等效电路及其共振频率方程。探讨了换能器的共振频率和有效机电耦合系数与其几何尺寸之间的依赖关系。设计并实际制作了一些径向复合超声换能器,对其径向共振及反共振频率进行了测试,并利用有限元法进行了数值模拟。研究表明,利用文中理论得出的换能器的共振频率与实测值及数值模拟结果基本符合。     

压电振子的多维耦合振动(Ⅱ)——复合压电振子

本文利用表观弹性法分析了复合压电振子的三维耦合振动的基频本振方式,得到了振子共振频率的很简单的解析表达式并由此计算了频率常数随振子尺寸变化的关系曲线。本文的计算结果同已发表的用有限元法计算的结果满意地符合。由于计算公式十分简单,因此共振频率的计算可以用微型计算器很快计算出来而无需用电子计算机,所以这种方法对工程设计和估算来说要比有限元法简便得多。 此外,还给出了有限长圆柱中“纵波”相速的频散公式,并与无限长圆柱中的公式进行了比较。 本方法也可用来计算其它复合压电振子的共振频率。     

锥形剖面径向复合超声换能器的机电等效电路

研究了一种锥形剖面径向复合超声换能器。该换能器由一个等截面内金属圆环、一个轴向极化的压电陶瓷圆环和一个锥形剖面外金属圆环沿径向复合而成,且换能器的径向尺寸远大于高度。锥形剖面外金属圆环满足关系式h=h₀r,h₀为厚度变化常数。基于平面应力径向振动理论,推导了换能器的机电等效电路,得到了共振频率方程和反共振频率方程,进而研究了换能器的振动特性。并将理论计算的第1阶、第2阶径向共振频率和反共振频率与数值仿真结果相比较,二者结果一致。研究表明:锥形剖面换能器第1阶、第2阶径向共振频率、反共振频率、有效机电耦合系数不仅与换能器各部分的材料、径向几何尺寸有关,还与h₀有关。h₀越大,第1阶径向共振频率、反共振频率越大,有效机电耦合系数先增大后减小。与等截面相比,锥形剖面换能器沿径向向外辐射声波,辐射面积更大,辐射声功率更高,指向性更好。      

土壤-地雷共振系统模型解析

在研究土壤-地雷共振系统模型的基础上,提出一种共振与反共振相结合的声波探雷模型.根据地雷顺性大及低频声学的特征,把地雷与其上方的土壤分别等效为弹簧和质量块,构成质量-弹簧共振系统,通过对系统频响函数的解析,讨论模型的共振与反共振现象.通过实验发现有、无地雷的地表振动速度比值存在大于1的极大值频率点和小于1的极小值频率点交替出现的现象,与理论预测符合.表明土壤-地雷共振系统同时存在共振与反共振现象,可用于地雷成像的研究. 关键词： 共振模型 反共振 频响函数 声波探雷     

Theoretical analysis and experimental validation of radial cascaded composite ultrasonic transducer

A radial cascaded composite ultrasonic transducer is analyzed.The transducer consists of three short metal tubes and two radially polarized piezoelectric ceramic short tubes arranged alternately along the radial direction.The short metal tubes and the piezoelectric ceramic short tubes are connected in parallel electrically and in series mechanically,which can multiply the input sound power and sound intensity.Based on the theory of plane stress,the electro-mechanical equivalent circuit of radial vibration of the transducer is derived firstly.The resonance/anti-resonance frequency equation and the expression of the effective electromechanical coupling coefficient are obtained.Excellent electromechanical characteristics are determined by changing the radial geometric dimensions.Two prototypes of the transducers are designed and manufactured to support the analytical theory.It is concluded that the theoretical resonance/anti-resonance frequencies are consistent with the numerical and experimental results.When R_2 is at certain values,both the anti-resonance frequency and effective electromechanical coupling coefficient corresponding to the second mode have maximal values.The radial cascaded composite ultrasonic transducer is expected to be used in the fields of ultrasonic water treatment and underwater acoustics.     

Theoretical investigation of band-gap and mode characteristics of anti-resonance guiding photonic crystal fibres

With the full-vector plane-wave method (FVPWM) and the full-vector beam propagation method (FVBPM),the dependences of the band-gap and mode characteristics on material index and cladding structure parameter in antiresonance guiding photonic crystal fibres (ARGPCFs) are sufficiently analysed.An ARGPCF operating in the nearinfrared wavelength is shown.The influences of the high index cylinders,glass interstitial apexes and silica structure on the characteristics of band-gaps and modes are deeply investigated.The equivalent planar waveguide theory is used for analysing such an ARGPCF filled by the isotropic materials,and the resonance and the anti-resonance characteristics can be well predicted.     

The resonance frequencies on mechanically pre-stressed ultrasonic piezotransducers

The piezotransducers employed in high power ultrasound are composed of piezoelectric ceramics and metallic pieces. These transducers are mechanically pre-stressed in order to avoid the ceramic fractures when high voltage is applied under resonance. The resonance and anti-resonance frequencies are shifted depending on the level of applied mechanical pre-stressing. This paper discusses some causes of this shifting on a experimental study. The discussion takes into account the variations on characteristic parameters of the ceramics and the acoustic coupling between parts of the transducer.     

厚壁径向极化压电陶瓷薄圆环的研究

本文对厚壁径向极化压电陶瓷薄圆环进行了研究,得出了振子的谐振和反谐振频率的理论方程,并用有限元法分析了和实验测试了径向振动模态,给出了理论、有限元法和实验数据的一个对比。结果表明:本文的理论较为完善,对实际运用有一定的指导意义。     

Temperature Dependence of Abnormal Fano Resonance in Photon-Assisted Transport Through a Side-Coupled Quantum Dot

We investigate transport through a perfect quantum wire with a side-coupled quantum dot under an ac field. Time-averaged complex conductance is formulated by using the nonequilibrium Green function (NGF) method. We find that the electron-photon interaction together with the quantum interference of electron wave function can lead to anti-resonance in the conductance, which is then useful for tuning coherence and phases of electrons. Meanwhile, we study the temperature dependence of the conductance. Interestingly, a peak-structure can be developed at the Fano resonance levels with increasing temperatures.     

Dependence of noise induced effects on state preparation in multiqubit systems

The perturbation of multiqubit systems by an external noise can induce various effects like decoherence, stochastic resonance and anti-resonance, and noise-shielding. We investigate how the appearance of these effects on disentanglement time depends on the initial preparation of the systems. We present results for 2-, 3- and 4-qubit chains in various arrangements and observe a clear dependence on the combination of initial geometry of the state space and the placement of noise. Finally, we see that temperature can play a constructive role for the control of these noise induced effects.