纵向激发圆柱体超声频耦合振动的等效线路及其分析

本文利用表观弹性法的理论,得出了圆柱体耦合振动的一种等效线路,讨论了圆柱体耦合振动的频率方程及负载阻抗对振动频率的影响,计算了圆柱振动输入机械阻抗以及径向与纵向表观振速比随其几何尺寸变化的关系曲线.分析及计算结果表明,利用等效线路分析圆柱体的耦合振动,物理意义明显,计算简单,是分析及合理设计圆柱振动体的一种很方便的途径。     

管柱型近周期声子晶体点缺陷结构的大尺寸压电超声换能器

大尺寸压电超声换能器的耦合振动会导致其辐射面纵向位移振幅的平均值较小,振幅分布不均匀,严重影响系统的性能和可靠性.为了改善大尺寸超声振动系统性能,可利用二维孔/槽型近周期声子晶体结构对横向振动进行抑制,但在对横向振动抑制的同时,该结构会对换能器机械强度和工作带宽等性能参数造成不利的影响.针对这一问题,本文提出利用管柱型近周期声子晶体点缺陷结构对大尺寸夹心式纵振压电陶瓷换能器进行优化的新思路.该方法不仅可以利用构造的固/气二维近周期声子晶体结构的点缺陷模式,获得极低的能量损耗,有效提高系统辐射面的纵向位移振幅和振幅分布均匀度;也可以利用管柱结构中的双环形孔增强声波的多重散射,使得换能器在管柱柱高较低的条件下产生禁带,在有效抑制横向振动的同时,大幅拓宽换能器系统的工作带宽,增强系统的稳定性和机械强度,降低加工成本.仿真结果证明了优化的有效性.     

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。     

超声波作用下泡群的共振声响应

从球状泡群气泡动力学方程出发, 考虑泡群间次级声辐射的影响, 得到了声场中两泡群共同存在时气泡振动的动力学方程, 并以此为基础探讨声波驱动下双泡群振动系统的共振响应特征. 由于泡群间气泡间的相互作用, 系统存在低频共振和高频共振现象, 两不同共振频率的数值与泡群内气泡的本征频率相关. 泡群内气泡的本征频率又受到初始半径、泡群大小和泡群内气泡数量的影响. 气泡自由振动和驱动声波的耦合激起泡群内气泡的受迫振动, 气泡初始半径、气泡数密度和驱动声波频率等都会影响泡群内气泡的振动幅值和初相位.关键词：气泡群共振声响应超声空化     

弹性薄圆环的超声频径向振动及其等效电路研究

对各向同性弹性薄圆环的径向振动进行了研究,得出了其等效电路。在此基础上,推出了其径向振动的频率方程以及振子的共振频率的表达式,利用数值法得出了不同材料弹性薄圆环径向振动频率方程的一系列根。经过拟合,得出了频率方程的根与振子材料的泊松系数的拟合关系曲线,从而大大方便了径向振动薄圆环的工程设计及计算。     

纵－扭复合模式夹心式功率超声压电换能器的研究

本文对纵-扭复合模式功率超声换能器进行了研究,该换能器由指数型前后金属喇叭盖板以及轴向极化和切向极化的两组压电陶瓷晶片组成。文中推出了换能器中纵向及扭转两种振动模式的共振频率方程。通过改变换能器前后指数型盖板的半径减编系数,得出了换能器中纵向与扭转两种振动模式同频共振的条件。实验表明,换能器的设计频率与测试频率基本一致,而且,换能器的纵向及扭转共振频率也比较接近,该换能器可望应用于超声加工及焊接等高振幅的功率超声技术中。     

超声检测中维纳逆滤波解卷积方法的改进研究

维纳逆滤波是利用解卷积技术提高超声检测纵向分辨率的算法之一。本文分析了其传统算法 对噪声适应性不理想的原因,提出一种改进方法,利用检测系统信噪比先验知识,进行频域解卷积处 理,在此基础上,对检测系统频带内的处理结果建模,插补估计出频带外受噪声干扰影响较大的数 据,然后再变换到时域。计算机模拟及相应实验结果表明,这些改进方法较为理想,具有较强的噪声 适应能力。     

基于图像处理的模拟尾流气泡幕研究

利用图像处理技术,对模拟的尾流气泡幕进行了定性和定量分析.压强较小时,位于不同层面上气泡的重叠少,通过二值图像处理可清楚地观察气泡的尺度大小及密度分布;而当压强较大时,不同层面气泡重叠幅度大,大部分气泡的边界难以判断,不能够得到气泡尺度参量及密度分布等信息.利用区域分割技术对获取的气泡幕灰度图像进行伪彩色显示,定性分析了气泡幕中气泡尺度、分布等信息.基于形状分析的等效直径、气泡幕剩余面积和剩余面积变化显示,不同压强下气泡的等效直径分布均在5～100像素范围,平均等效直径为55像素,压强较小条件下小气泡比例较大.     

大尺寸夹心式压电超声换能器的设计

现有的夹心式压电超声换能器的设计方法多从一维理论出发,它对横向尺寸较大的换能器并不适用．本文研究了大尺寸夹心换能错的铝合振动,通过引人振动体的等效弹性系数,推出了换能器的耦合振动频率方程,并给出了换能器纵向共振频率的设计准则．与数值法相比,本方法计算非常简单．与一维理论的计算结果相比,利用本文理论得出的换能器的纵向共报频率与实测值更加符合．     

超声技术的基石——超声换能器的原理及设计

超声换能器是在超声频率范围内将交变的电信号转换成声信号或者将外界声场中的声信号转换为电信号的能量转换器件,它是超声技术中的关键器件,其性能好坏直接关系到超声应用技术的效果和使用范围.由于超声技术的应用范围很广,且超声新技术层出不穷,因而与此对应的超声换能器的种类也很多.文章对不同应用背景下多种类型超声换能器的原理及设计进行了阐述,分析了不同类型超声换能器的性能参数及设计要求,简要总结了超声换能器的性能参数测试方法,并对超声换能器的发展趋势进行了一定的分析.