微宽频功率超声换能器的研究与设计

发布时间：2021-10-19 16:15

　　依据双激励超声换能器能具有多个工作频率点的思想,提出了微拓宽功率超声换能器有效工作频率的方法。在保证功率换能器输出功率的前提下,从其自身设计的角度出发提出了采用双频激励的方式,在前后两组压电陶瓷晶堆上同时施加频率不同又相近的激励电压,以实现功率超声换能器频带的拓宽,并求得了微宽频双激励式超声超声换能器的等效电路和频率方程。最后,设计了直径为50的双激励换能器,通过模态和谐响应仿真分析得到超声换能器前后两组压电陶瓷晶堆的谐振频率正好是相近的,说明此方法能实现功率超声换能器工作频率的微拓宽、有效解决频率漂移问题。 

【文章来源】：机械设计与研究. 2020,36(06)北大核心CSCD

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

▲图1 两峰值相同的谐振频率曲线叠加

微宽频功率超声换能器要采用双激励形式,需将原来的一组压电陶瓷晶堆分成两组[11],中间用圆柱盖板隔开,具体结构如图2。这里两组压电陶瓷晶堆共采用的压电陶瓷片数量和传统采用一组压电陶瓷晶堆的数量相同,其中双头螺柱和螺母用来连接各组成零件。

双激励式微宽频功率超声换能器结构上与其它双激励式换能器相同,相当于两个超声换能器串联在一起,但电路上是并联关系[12-14]。并联的电路关系说明输出端是这两个换能器输出振幅和功率的叠加,但双激励式超声换能器的设计过程要比单一激励式的复杂。设计超声换能器常采用的方法是机电等效电路[15],因此根据求解普通超声换能器等效电路[16]的方法,可推出双激励串联式超声换能器的等效电路如图3。图3中Z1p、Z2p和Z3p、Z4p分别是后和前两组压电陶瓷晶堆的串并联阻抗, Z11、Z12 、Z21、Z22和 Z31、Z32是后盖板、中间盖板和前盖板的串并联阻抗。当换能器采用双频率激励时,其等效电路相当于由两个高频激励源共同组成的回路。由于电路复杂求解电路的阻抗也比较复杂,进而求解其频率方程也较困难,为了得到简单实用的频率方程,本文将等效电路进行分解简化,分解为两个单频激励的模式,即将电路分解为分别由后端和前端压电陶瓷晶堆单独作用的回路,如图4(a)、(b)。

【参考文献】：
期刊论文
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[4]多激励宽带复合棒换能器设计[J]. 胡负稷,张文波,王明洲.  鱼雷技术. 2016(06)
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博士论文
[1]四边型弯张换能器研究[D]. 李宽.哈尔滨工程大学 2015

硕士论文
[1]功率超声波换能器恒电压控制策略研究[D]. 张青.杭州电子科技大学 2017
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本文编号：3445203