發(fā)布時間：2018-05-15 01:00

  本文選題：空氣超聲 + 超聲換能器��； 參考：《重慶醫(yī)科大學》2015年碩士論文

【摘要】：由于換能器材料聲阻抗與空氣聲阻抗嚴重失配,超聲波很難在空氣中傳播,限制了空氣超聲的應用,因此超聲換能器是空氣超聲技術的研究重點。為了提高空氣中聲波的傳播效率,已有多種氣介式超聲換能器的研制方法。本文在前人研究的基礎上,研制了一種模式轉換型氣介式壓電超聲換能器,試圖開拓其在醫(yī)療衛(wèi)生方面的應用。主要做了七個方面的研究：①了解了氣介式超聲換能器相關知識,設計了其基本結構,包括驅動系統(tǒng)和振動系統(tǒng)兩部分。驅動系統(tǒng)即激勵源,為換能器提供驅動功率。振動系統(tǒng)包括四部分：背襯、壓電陶瓷晶堆、指數(shù)型變幅桿和彎曲振動圓盤。②設計換能器驅動系統(tǒng)并調(diào)試,包括驅動回路和反饋回路兩部分。驅動部分負責激勵換能器發(fā)射超聲波；反饋回路采集換能器電壓電流信號,通過鎖相環(huán)自動跟蹤換能器頻率。③設計換能器振動系統(tǒng),為振動系統(tǒng)各部分選擇合適的材料,利用各部分頻率方程計算其尺寸參數(shù),.使振動系統(tǒng)各部分工作在同一諧振頻率下,則換能器處于最佳工作狀態(tài)。④將加工并制作好的換能器振動系統(tǒng)連接至驅動系統(tǒng),調(diào)試信號源輸出頻率使換能器處于諧振狀態(tài),可得換能器此時諧振頻率為33.3KHz。⑤檢測換能器,包括壓電陶瓷晶堆輸出信號、振動系統(tǒng)輸出信號、節(jié)圓檢測和圓盤輻射聲壓檢測。結果表明,換能器各部分工作狀態(tài)良好。⑥使用光學紋影法檢測換能器輻射聲場,可見彎曲振動圓盤在驅動功率下明顯增厚,未見明顯聲場,并對其原因做了分析。⑦從實驗角度加工了弧形輻射盤,對其諧振頻率和輻射聲壓做了檢測,并與圓盤進行了對比,可發(fā)現(xiàn)弧形盤的振動并沒有圓形盤理想。本文提出了一種理論可行、使用簡便的氣介式壓電超聲換能器,實驗表明換能器可正常工作,并且能在很低的驅動功率下得到較高的輻射聲壓。在深入研究后,換能器將有望應用于醫(yī)療衛(wèi)生領域,可以考慮用于理療和藥物滲透等領域,具有較高的應用前景。
[Abstract]:Due to the serious mismatch between the acoustic impedance of the transducer material and the acoustic impedance of the air, the ultrasonic wave is difficult to propagate in the air, which limits the application of the air ultrasonic. Therefore, the ultrasonic transducer is the research focus of the air ultrasonic technology. In order to improve the propagation efficiency of acoustic waves in air, many kinds of gas-mediated ultrasonic transducers have been developed. On the basis of previous studies, a mode conversion gas-medium piezoelectric ultrasonic transducer has been developed in this paper, in order to develop its application in medical and sanitary fields. In this paper, seven aspects of research are done: 1. The knowledge of gas-medium ultrasonic transducer is studied, and its basic structure is designed, including driving system and vibration system. The drive system is an exciting source, which provides the drive power for the transducer. The vibration system consists of four parts: back lining, piezoelectric ceramic stack, exponential horn and bending vibration disk .2 to design and debug the transducer drive system, including drive loop and feedback loop. The driving part is responsible for exciting the transducer to emit ultrasonic wave, the feedback loop collects the transducer voltage and current signal, and automatically tracks the transducer frequency by PLL .3 to design the transducer vibration system, and select suitable materials for each part of the vibration system. The dimension parameters are calculated by using the frequency equations of each part. If all parts of the vibration system are operated at the same resonant frequency, the transducer is in the best working state .4 the vibration system of the transducer is connected to the drive system, and the output frequency of the signal source is adjusted to make the transducer in the resonant state. It can be obtained that the resonant frequency of the transducer at this time is 33.3KHz.5 detection transducer, including the output signal of piezoelectric ceramic stack, the output signal of vibration system, the detection of nodal circle and the measurement of sound pressure of disk radiation. The results show that the sound field of the transducer is detected by optical schlieren method in good working condition. The bending vibration disk is thickened obviously under the driving power, but no obvious sound field is observed. At the same time, the causes are analyzed. 7 the arc radiating disk is machined from the angle of experiment. The resonance frequency and the sound pressure of the radial disk are measured and compared with the circular disc. It is found that the vibration of the arc disk is not ideal for the circular disk. In this paper, a practical and simple gas-medium piezoelectric ultrasonic transducer is proposed. The experiment shows that the transducer can work normally and can get high radiation sound pressure at very low driving power. After further study, the transducer is expected to be used in the field of medical and health care, which can be considered for physiotherapy and drug penetration, and has a higher application prospect.
【學位授予單位】：重慶醫(yī)科大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB552

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本文編號：1890243