依據(jù)雙激勵(lì)超聲換能器能具有多個(gè)工作頻率點(diǎn)的思想,提出了微拓寬功率超聲換能器有效工作頻率的方法。在保證功率換能器輸出功率的前提下,從其自身設(shè)計(jì)的角度出發(fā)提出了采用雙頻激勵(lì)的方式,在前后兩組壓電陶瓷晶堆上同時(shí)施加頻率不同又相近的激勵(lì)電壓,以實(shí)現(xiàn)功率超聲換能器頻帶的拓寬,并求得了微寬頻雙激勵(lì)式超聲超聲換能器的等效電路和頻率方程。最后,設(shè)計(jì)了直徑為50的雙激勵(lì)換能器,通過模態(tài)和諧響應(yīng)仿真分析得到超聲換能器前后兩組壓電陶瓷晶堆的諧振頻率正好是相近的,說明此方法能實(shí)現(xiàn)功率超聲換能器工作頻率的微拓寬、有效解決頻率漂移問題。 

【文章來源】：機(jī)械設(shè)計(jì)與研究. 2020,36(06)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

▲圖1 兩峰值相同的諧振頻率曲線疊加

微寬頻功率超聲換能器要采用雙激勵(lì)形式,需將原來的一組壓電陶瓷晶堆分成兩組[11],中間用圓柱蓋板隔開,具體結(jié)構(gòu)如圖2。這里兩組壓電陶瓷晶堆共采用的壓電陶瓷片數(shù)量和傳統(tǒng)采用一組壓電陶瓷晶堆的數(shù)量相同,其中雙頭螺柱和螺母用來連接各組成零件。

雙激勵(lì)式微寬頻功率超聲換能器結(jié)構(gòu)上與其它雙激勵(lì)式換能器相同,相當(dāng)于兩個(gè)超聲換能器串聯(lián)在一起,但電路上是并聯(lián)關(guān)系[12-14]。并聯(lián)的電路關(guān)系說明輸出端是這兩個(gè)換能器輸出振幅和功率的疊加,但雙激勵(lì)式超聲換能器的設(shè)計(jì)過程要比單一激勵(lì)式的復(fù)雜。設(shè)計(jì)超聲換能器常采用的方法是機(jī)電等效電路[15],因此根據(jù)求解普通超聲換能器等效電路[16]的方法,可推出雙激勵(lì)串聯(lián)式超聲換能器的等效電路如圖3。圖3中Z1p、Z2p和Z3p、Z4p分別是后和前兩組壓電陶瓷晶堆的串并聯(lián)阻抗, Z11、Z12 、Z21、Z22和 Z31、Z32是后蓋板、中間蓋板和前蓋板的串并聯(lián)阻抗。當(dāng)換能器采用雙頻率激勵(lì)時(shí),其等效電路相當(dāng)于由兩個(gè)高頻激勵(lì)源共同組成的回路。由于電路復(fù)雜求解電路的阻抗也比較復(fù)雜,進(jìn)而求解其頻率方程也較困難,為了得到簡單實(shí)用的頻率方程,本文將等效電路進(jìn)行分解簡化,分解為兩個(gè)單頻激勵(lì)的模式,即將電路分解為分別由后端和前端壓電陶瓷晶堆單獨(dú)作用的回路,如圖4(a)、(b)。

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號(hào)：3445203