二维振动方向变换器的耦合振动及其等效电路

二维振动方向变换器集功率合成和二维超声输出的功能于一体,在功率超声技术中具有重要的应用价值。然而,对于二维振动方向变换器的设计分析只有一种较为复杂的波动方程法。为此,本文研究了二维振动方向变换器的另外一种简明的设计分析方法——等效电路法。通过引入二维机械耦合系数和纵向力转换系数,利用力电类比原理建立了二维振动方向变换器的同相及反相二维耦合振动的统一等效电路模型。利用本文提出的设计方法,计算了两种不同材料的二维振动方向变换器的谐振频率,与有限元计算结果及实验测试结果一致,为该类超声振动系统的工程应用提供了一种简洁直观的设计分析方法。     

压电陶瓷薄圆环振子径向振动的机电等效电路及其分析

本文对轴向极化压电陶瓷薄圆环的径向振动进行了研究，推出了其机电等效电路，得出了振子的共振和反共振频率方程并进行了实验验证。探讨了振子的共振和反共振频率与其材料和几何尺寸之间的依赖关系。     

幂函数型环形聚能器径向振动的等效电路

基于机电类比原理和变厚度薄圆环的平面应力方程,推导了幂函数型环形聚能器径向振动的等效电路、共振频率方程和位移放大系数。讨论了第一、二阶径向共振频率及相应的位移放大系数随圆环半径比的变化关系。结果表明,幂函数型环形聚能器径向振动的等效电路是一种非互易二端口等效网络;一阶和二阶共振频率随圆环内外半径比的增大而增大;一阶径向共振模式下位移放大系数随圆环半径比的增大先降低后升高,二阶径向共振模式下位移放大系数随圆环半径比的增大而降低,但二阶时的位移放大系数整体大于一阶,因此二阶径向共振模式具有更好的径向振动性能。用COMSOL有限元软件对解析理论分析结果进行了验证,仿真模拟结果与解析理论符合良好。根据幂函数型环形聚能器的等效电路模型,进一步设计了一种压电环形换能器,计算了第一、二阶径向共振频率、反共振频率及有效机电耦合系数,通过与COMSOL有限元软件模拟结果对比,符合良好。本文研究结果为幂函数型环形聚能器及压电环形换能器的工程应用提供了简明设计理论,文中研究结论可作为一种径向超声切割刀在超声工程中获得重要应用。     

弯曲振动薄圆盘的共振频率和等效电路参数研究

机电等效电路是分析复合换能器常用的一种解析方法, 但对薄圆盘而言, 由于弯曲振动的复杂性, 其等效集中参数很难获得, 该方法很少被应用. 本文从分布参数系统与集中参数系统等效角度, 根据动能相等原则和势能相等原则, 给出了弯曲振动薄圆盘的集中参数: 等效质量和等效弹性系数, 得到了共振频率方程, 并用ATILA软件模拟了其振动分布情况, 可以看出解析结果与数值结果趋于一致. 最后给出了分析复合振动系统时薄圆盘集中参数模型的等效电路. 本文的结果对弯曲振动复合换能器的设计提供了理论参考.     

波的传播方向与质点振动方向的探讨

论述了判断波的传播方向与质点振动方向的几种简易方法.     

基于混合控制LLC谐振变换器的设计与分析

根据半桥LLC谐振变换器的拓扑结构,采用了一种混合控制方式,整合了电荷控制和传统频率控制两种控制方式。与目前的电荷型控制、双频率控制等常用控制方式相比,该控制方式增加的频率补偿斜坡,使得补偿器的设计十分简单,改进的线路瞬态性能可降低输出电容器值。根据基波分析法得到半桥LLC谐振变换器等效电路,确定了直流增益与品质因数、归一化频率和谐振电感与励磁电感的比值之间的关系式,并由该关系式设计出合适的谐振器件参数。通过混合控制方式与设计的LLC谐振参数搭建了一台5 kW/±85 V半桥LLC谐振变换器进行实验验证,实验结果显示,该样机动态特性良好,能够得到稳定的输出电压和具有较高的传输效率,验证了所采用的控制方法和基波分析法设计的LLC谐振参数的可行性。     

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。     

弯张换能器尺寸与其同相振动谐振频率的关系

本文用有限元计算方法研究了弯张换能器各方向尺寸与其同相振动谐振频率之间的关系，得出以下结论：不一定所有尺寸的换能器都具有理想的同相振动模态；长、宽、高尺寸不变时，若换能器的壳体厚度值增大，则同相振动的谐振频率值随之增大；壳体厚度不变的情况下，减小长，宽、高中的任意一个参数时，其同相振动谐振频率将增高。     

超声复合振动系统中的“局部共振”现象实验研究

本从实验的角度出发,对超声复合振动系统中细长杆的“局部共振”现象进行了较为精确的测量,主要研究了细杆长度与谐振频率之间的关系,超声振子对“局部共振”的影响,以及“局部共振”中细杆长度对振幅的影响,从而为深入研究“局部共振”现象产生的机理提供了更多的依据。     

Two-dimensional coupled vibration and equivalent circuit of longitudinal-longitudinal orthogonal composite vibration direction converter

With the advantages of transmitting energy from multiple directions to one direction and transforming vibration from one source to multiple directions, the two-dimensional vibra?tion direction converter has important applications in power ultrasonic technology. However, for the complexity of using the wave equation to design and analysis the two-dimensional vibration direction converter, a concise equivalent circuit for the converter is investigated. By introducing the two-dimensional mechanical coupling coefficient and the longitudinal force transform coef?ficient, and using the electromechanical analogy principle, the equivalent circuit and resonance frequency equation of the two-dimensional vibration direction converter vibrating in anti-phase and in-phase two-dimensional coupled vibration are deduced. The resonance frequencies of the vibration direction converters of two different materials are calculated by using the proposed frequency equation, which are in agreement with the results from the finite element method and the experimental test. It provides a concise method for the design and applications of such ultrasonic vibration system.     

Analysis of frequency selective surface absorbers via a novel equivalent circuit method

An equivalent circuit (EC) method for absorbers design is proposed in this paper. Without using full-wave analysis, the EC method can predict the performance of the absorbers. This method is employed to synthesize broadband absorbers by inserting the resistors respectively into the single- and double-square loops structures, then two different prototypes with broadband absorbing frequency bands are manufactured and measured. By comparisons with the results both by using the full-wave analysis and by the measurements, the correctness of the new EC method is verified. Some factors which affect the absorbing bandwidth are also investigated. Due to its fast and accurate characteristics, the EC method which can be theoretically applied to arbitrary FSS is a good candidate for broadband design of the absorbers.     

多端输出等幅振动的纵振动变换体

提出了一种一端输入多端输出等幅振动的纵振动方向变换体。变换体由输入杆、半球形过渡体和输出杆组成,通过半球形过渡体将一个输入杆与多个输出杆耦连为一体,并且多个输出杆呈立体分布,可实现一端纵振动输入多个方向上纵振动均匀输出。利用振动变换体端面的自由边界条件,以及各组件连接处的纵向位移、纵向力、横向位移和转角连续条件,推导了纵振动方向变换体的频率方程。解析计算了不同几何尺寸的纵振动变换体的谐振频率,与有限元法的计算值及实验测试值基本吻合。将纵振方向变换体的输入端与谐振频率为19.8 kHz的换能器相连,利用激光测振仪测试了纵振动变换体各输出端振型及各输出端相对于输入端的振幅放大系数,结果显示纵振动经过方向变换体成功地传输到了变换体的各输出杆的端面,且各输出端的振幅基本相等。     

利用等效电路模型快速分析加载集总元件的微型化频率选择表面

为了提高频率选择表面(FSS)设计优化速度, 利用等效电路方法对基于集总元件加载的微型化FSS结构进行了分析. 根据FSS物理结构建立了相应的等效电路模型, 通过ADS软件对全波分析曲线进行拟合提取了等效电路模型参数, 通过延长曲线范围增加极值点个数提高拟合参数精度. 利用所提取的等效电路参数计算了不同LC 参数下FSS的传输特性, 与全波分析精确结果相对比, 电路模型计算的透过率略高, 中心频点及-3 dB带宽与全波分析结果的相对误差均小于10%. 证明了利用等效电路模型分析复杂FSS结构的可行性, 为FSS设计和快速优化提供了参考. 关键词： 频率选择表面 等效电路 集总元件     

Analyzing the effects of post couplers in DTL tuning by the equivalent circuit model

Stabilization of the accelerating field in Drift Tube Linac（DTL） is obtained by inserting Post Couplers（PCs）. On the basis of the equivalent circuit model for the DTL with and without asymmetrical PCs, stabilization is deduced quantitatively： we let δω/ω0 be the relative frequency error, then we discover that the sensitivity of field to perturbation is proportional to √δω/ω0 without PCs and to δω/ω0 with PCs. Then we adapt the circuit model of symmetrical PCs for the case of asymmetrical PCs. The circuit model shows how the slope of field distribution is changed by rotating the asymmetrical PCs and illustrates that the asymmetrical PCs have the same effect as the symmetrical ones in stabilization.