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。     

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。     

超声辅助搅拌摩擦焊仿真分析及实验

为解决传统的搅拌摩擦焊工艺存在的轴向压力过大、搅拌头易磨损、焊接表面存在缺陷等问题,设计了一种集搅拌头与夹心式纵扭超声振动换能器为一体的超声辅助搅拌摩擦焊工具头。对超声辅助搅拌摩擦焊工具头进行了模态分析与谐响应分析,确保换能器结构满足要求。应用仿真软件对超声辅助搅拌摩擦焊进行了流体场、温度场和声场仿真分析,验证了在搅拌摩擦焊过程中加入纵扭超声振动能够增强材料的软化率,提高焊接材料的塑性流动。搭建实验平台,进行了6061铝合金的超声辅助搅拌摩擦焊焊接实验。结果表明,纵扭超声的引入能够提高焊接过程中材料流动性,减小搅拌头的前进阻力和轴向压力,改善焊接表面质量。在焊头转速900 r/min、焊接速度1.4 mm/s、轴向压力2.6 kN、超声功率100 W时,焊接效果最好,能较好地应在铝合金、镁合金等焊接熔点比较低的轻金属焊接之中。     

FEEET—MFCG系统的数值分析

根据ＦＥＥＥＴ－ＭＦＣＧ系统爆电的基本原理，给出了该系统的电路方程。对ＭＦＣＧ的电感和电阻，采用有限元件模型处理。计算了几种分流电阻的输出电流和铁电体的电场曲线，并对结果进行了讨论。     

两层压电换能器之间的电能传输

采用双层压电板近似模拟两个压电换能器，一层模拟发射声波的驱动换能器，另一层模拟接收声波并转换为电能的接收换能器，通过对压电板的分析，求解了两压电换能器之间的电能传输效率及其对系统参数的依赖关系，得到了输出电压、输出功率和传输效率与系统参数之间的明确关系式。最后，通过计算实例，分析了系统参数对结构功能的影响规律。     

基于超声波飞行时间的温度测量系统实验研究

超声波测量技术具有速度快、成本低、测量范围广等优点,广泛应用于多种工业领域。为满足工业中对温度测量的需求,本文提出了超声波温度测量系统。本系统基于超声波的传播速度与环境温度的关系,以STC12单片机作为系统硬件电路控制核心,采用幅度和相位调制的矩形波作为发射波,实现在恒温箱空气介质中固定距离下的超声波飞行时间的测量,以此确定介质的平均温度。测量数据由单片机传输到上位机进行处理和显示,并与恒温箱热电偶测得的温度对照,验证实验结果。实验结果证明本系统可以准确测量温度,温度范围约在35℃—90℃。     

基于电磁超声换能器的火车轮探伤研究

利用电磁超声探伤方法对检测火车轮表面及近表面缺陷进行实验探究,从而保证车轮质量,避免事故发生。文章介绍了火车车轮电磁超声探伤的原理和方法。根据电磁超声表面波辐射扩散角的分布情况,得出利用电磁超声表面波进行车轮踏面探伤的可行性。将制作的小巧换能器探头与便携式电磁超声探伤仪配合,能够实现对车轮的快速探伤检测。通过大量的车轮探伤实验,检出了典型车轮踏面缺陷。根据检测波形特点并结合生产工艺情况,分析得出产生缺陷的原因。研究表明:电磁超声无损检测方法能够快速、有效检出车轮踏面缺陷。     

声表面波式小波变换器件的波形失真问题研究

声表面波式小波变换器件的误差主要包括两个方面:一个是小波变换算法本身产生的误差;另一个是声表面波换能器产生的误差,而引起后者误差的主要因素是声表面波式小波变换器件输入输出叉指的波形失真问题.该研究针对引起声表面波式小波变换器件波形失真的4类问题,对4种误差来源做出分析,最终针对波形失真的不同产生原因提出减小误差的具体解决方法.     

放射性同位素电池在月球上

<正>1969年7月20日"阿波罗-11号"宇航员阿姆斯特朗激动地打开着陆舱门,缓缓走下舷梯,踏上宁静而又神秘的月球,首次留下了人类的足印。在     

一种新型的超声加工深小孔的工具系统

传统超声加工用工具或者很短,或者按半波长整数倍叠加.加工中工具长度的大量磨损会明显降低加工效率,因而必须经常更换工具.本文提出一种新型的超声加工深小孔的工具系统,能以特殊的方式工作.工具长度任意,加工中工具长度变化允许达80％;仅仅需要适当调节电发生器频率就能良好工作.本工具系统已成功地用在超声加工玻璃深小孔(圆形和异形孔),在玫璃上加工出直径6mm、深达280mm的孔.加工效率至少可以与常规方法相比. 观测了具有等截面细长杆的复合振动系统的频率特性和工具系统的振动模式,得出了工具杆“局部共振”的结论.初步探讨了产生这种共振的条件及其形成机理. 局部共振现象,应当还可用在高功率超声的其它场合.