弯曲及纵弯复合振动超声换能器研究

发布时间：2019-11-28 10:40

【摘要】：随着超声学与科学技术的不断发展,超声换能器技术也得到了快速的发展,它的应用十分广泛,不断研发各种类型、材料、功能的超声换能器具有现实的意义。超声换能器包括纵向、扭转、弯曲等几种振动模式,其中弯曲振动是一种应用较普遍的振动模式,原因在于弯曲振动换能器能够与空气介质更好的实现声匹配。在一些较为复杂应用的领域中,对超声能量的传播及作用方式的要求不同,如超声振动切削、超声马达、超声焊接等技术。需要复合模式的超声振动系统,以便改善振动能量的作用效果。如今,复合模式超声振动系统有纵扭复合超声振动系统、纵弯复合超声振动系统以及扭转弯曲复合超声振动系统等。本文在前人工作的基础上,对弯曲振动超声换能器、夹心式弯曲及模式转换型超声换能器、复合振动模式压电超声换能器进行了理论研究及实验,对其进行了设计和方程推导,推动它向实用化发展,主要工作如下： (1)以叠片型弯曲换能器为例,对弯曲振动超声换能器进行了细致的分析,首先从理论上阐述其设计原理,再从基本性能上分析了压电陶瓷矩形振子的长条厚度、宽度的弯曲模式,从而分析了细长条矩形陶瓷振子的弯曲振动及在不同边界的振动特性,最后对振子共振频率进行测试,验证了矩形压电陶瓷薄板弯曲振动的设计理论。 (2)从细棒弯曲振动理论出发,根据复合振动系统的边界条件,推出夹心式弯曲振动压电陶瓷换能器的频率设计方程,并对实际设计中的初等理论依据,陶瓷片长度及位置选择进行了讨论,同时进行实验验证。对纵向换能器与矩形盘组成的模式转换弯曲振动换能器进行设计和模式分析,得出共振频率方程及位移分布,最后进行实验测试分析。 (3)以夹心式纵弯复合振动模式及夹心式扭转弯曲复合模式的超声换能器为对象,进行了频率设计和公式推导,考虑了细棒及陶瓷片的长度修正并分别进行验证,最后进行实验测试研究,得出设计频率与测试值基本一致。
【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TB552

【参考文献】