| 基于传输矩阵法的任意变厚度环型压电超声换能器 |
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| 引用本文： | 董宜雷,陈诚,林书玉.基于传输矩阵法的任意变厚度环型压电超声换能器[J].物理学报,2023(5):298-307. |
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| 作者姓名： | 董宜雷 陈诚 林书玉 |
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| 作者单位： | 陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西省超声重点实验室 |
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| 基金项目： | 国家自然科学基金(批准号:11674206,11874253,12174240)资助的课题~~； |
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| 摘 要： | 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.
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| 关 键 词： | 环型压电超声换能器 径向振动 传输矩阵法 等效电路 |
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