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夹心式压电换能器的参数对有效耦合系数的影响

夹心式压电换能器(或称组合式换能器,或称郎之万换能器)早已广泛应用于水声和超声领域. 但是对它的最佳设计理论探讨的并不充分.有人n’2J曾实验研究过夹心换能器中压电片的位置对换能器9值的影响.我们现在将探讨换能器参数对换能器另一重要性能指标一一卜~I一岛十一__.1 a,---ao厶,aI一卢,l,啦一∥2 图l 夹心式压电换能器结构 Sche¨1atic (]iagr’a rn of sanl:twicll pie, z()electric trans【tuce-r有效耦合系数K。te的影响.换能器参数,除了压电片的位置,还有压电片厚度占整个换能器的长度比例,压电片的材料耦合系数,匹配块材料与压电材料的特性阻抗比.从而为换能器在这方面的最佳设计提供依据. 设一夹心式换能器,结构如图l所示.设换能器中压电片的特性阻抗为z0,长度为zo,波数为阮,铂一/~olo;匹配块材料的特性阻抗z,长度分别为f1、z。,波数为卢,邙1一all...  (本文共4页) 阅读全文>>

哈尔滨工业大学
哈尔滨工业大学

夹心式弯振压电换能器有效机电耦合系数的研究

压电驱动器具有结构简单紧凑、构型灵活、响应速度快、功率密度大、无电磁干扰和运动精度高等诸多优点。但是,由于结构设计不合理、压电材料布置等诸多因素的影响,目前用于驱动的压电换能器的机电耦合效率较低。也就是说,有相当大的一部分能量并没有真正转化为压电换能器的振动能用于驱动,而是在压电换能器内部循环,最终以热量的形式耗散。有效机电耦合系数作为压电换能器机电耦合效率的表征,对提高压电换能器能量转换效率具有重要的研究价值。但是,目前并没有一套完善的理论体系,使得压电换能器的机电耦合效率有效提高。因此,对提高压电换能器有效机电耦合效率的理论研究很有必要。本文正是基于上述研究背景,选择夹心式弯振压电换能器为研究对象,对换能器的有效机电耦合系数的理论模型进行研究。本文将夹心式弯振压电换能器简化为等截面压电金属复合梁,基于Timoshenko梁理论和边界条件理论,建立了压电金属复合梁的弯曲振动理论模型。本文给出了具体结构尺寸下,夹心换能器的前三阶...  (本文共71页) 本文目录 | 阅读全文>>

《国外计量》1983年05期
国外计量

用频谱法校准压电换能器

压电换能器是超声无损检验的主要元件。为了使测量结果可靠必须知道压电换能器频率振幅的特性,其误差不大于10~2。%,通常用频谱法获得这种特性“’2’。测量压电换能器频率振幅特性的示意图如图la所示。图中:1一短视频脉冲发生器;2一压电换能器;3一水槽;4一反射体;5一选频线路;6一频谱分析器。发生器是用短视频脉冲来激励压图1电换能器的,其重复周期应大于超声波信号从压电换能器到反射体返回所经过的时间。由于压电效应,使电振荡变为超声,并传向反射体。反射的回波信号被这个压电换能器所接收。当探测信号被抑制时,选频线路就选出反射信号。接人选频线路输出端的频谱分析器就可测得被校压电换能器的频率振幅特性。 由于下面的原因这样的测量准确度不高:第一,除有用的回波信号外,还有多余的(通过选频线路时漏记的)探测脉冲信号以干扰形式进人频谱分析器的输人端。第二,由于线路各元件不同,在选频线路《窗口》的前沿或后沿形成了暂短的脉冲,同样以干扰形式进入频谱分析...  (本文共2页) 阅读全文>>

《物理学报》1976年01期
物理学报

宽频带夹芯式压电换能器

目前国内外在超声清洗设备上,已经广泛地采用夹芯式压电换能器.由于单个换能器的功率容量不大,同时也考虑到清洗槽中声场分布的问题,所以在制造大功率超声清洗设备时,往往采用多个(几十到几百个)换能器组成.但目前工业上采用的夹芯式压电换能器频带比较窄,换能器的材料及工艺又很难做到一致,所以目前在生产上,只能在大量的换能器中挑选频率和阻抗相互比较接近的一些换能器来组成.这样给生产大功率超声清洗设备带来了较大的困难.此外,换能器经过工作一段时间后,由于螺钉夹紧状态的改变或者压电材料老化等问题会引起换能器频率和阻抗的变化,因此即使在生产时经过仔细的挑选,经过工作一段时间后,粘在清洗槽上的换能器仍会出现有的振动强,有的振动弱的现象.从而影响清洗效果. 为解决这一问题,我们研究了一种多孔结构的宽频带夹芯式压电换能器.其结构和外形如图1所示.换能器采用单螺钉夹紧结构,在铝锥体的辐射面上钻孔,然后粘到清洗槽的辐射板上.在铝锥体上钻孔的考虑是降图l 多...  (本文共3页) 阅读全文>>

《压电与声光》1977年02期
压电与声光

焊接压电换能器的声波器件

我们自19T0年起着手研究和发晨声波器件。起初是在以前所完成的工作的基础上进行的。其重点放在改进淀积换能器的体波延迟线和用叉指换能器的声表面波琴迟织的合理的工业生产方法上,但是这些首批体波器件有一些局限性,而采用较新的工艺(焊接压电换能器或简称SPT,下同)有可能克服这些困难,所以决定把SPT体波器件的正常投产作为一个重点发展项目。SPT工艺层是用直流三极溅射或射频二极溅射形成的。’ 因为氧化锌层需要有正确的晶体取向,所以传声介质的物理和化学特性很重要,而压电换能器.并不能淀积在所有材料上,这个基本的障碍以及氧化锌机电榴合系数低于其它压电材料,这就导致我们试图研制性能好得多的体波换能器,即sPT二 SPT基本情况 事实上,把压电换能器浮接到传声介质上的概念不是新的,自1968年以来英、.一美、 常用器件结构 关于体波延迟线的工作原理早已为人们所熟知,本文不再介绍了,只说明这些器件中最简单的结构是由传声介质棒(如蓝宝石)与焊在棒两...  (本文共6页) 阅读全文>>

《声学学报》1966年02期
声学学报

具有均匀近声场的圆形压电换能器

引 言 在超声探伤工作中,伤的位置是根据相应于反射讯号幅度最大的探头位置确定的,而伤的大小则根据反射讯号幅度来制断.但是,在普逦使用的圆活塞膜压电换能器的近声场中,这一方法不能使用,因为这里的声压分布极不均匀,有一系列的极大值及极小值.当换能器直径较小时,因其近声场尺寸与探伤仪官区相近,故无必要提出这一问题.但当换能器直径较大时,如武径20毫米的2.5兆赫换能器在钢中近声场长约40毫米,这一事实就不容忽略了. 解决这一问题的办法是使近声场中的声压分布均匀化,也就是使声压随远离辐射器表面和轴线而单调下降. Krautk哺mer[1矗’报导了表面振动速度按高斯函数分布的圆辐射器有均匀的近声场.文献[3】提到了表面振动速度按余弦函数分布的辐射器的近声场是均匀的,但未给出具体的理论或实验证明.“高斯”换能器的近场虽较均匀,但其指向性及平均声压均较活塞换能器有显著的削弱.由于超声检测工作对上速两种特性有较高的要求,以上闻题就成为“高斯”换...  (本文共7页) 阅读全文>>

《激光与红外》1975年02期
激光与红外

高于0.1千兆周工作的压电换能器的特性

(一)引言 高于0.1千兆周的压电换能器日趋显示 它的重要性。今天制作换能器有两个最重要 的途径:(1)薄膜蒸发技术或溅射技术, (2)焊接单晶或陶瓷材料的薄片和研磨薄 片达到几微米的厚度。如果不引进外延生长 技术,否则前者的方法通常产生一个微晶结 合体,它或多或少围绕着参考方向不规则的 定向,而不是实际的单晶层〔‘〕。后者的方法 由于高压焊接或以后机械加工所产生的机械 应力易对极化铁电陶瓷的铁电畴不定向,或 者对单晶压电材料的畴结构产生影响‘2〕。因 此制成的换能器就不具备在低频条件下块状 样品特性的那样一层压电层,当换能器附加 到声学传输介质时,如何测量这种换能器的 性能对于研制或控制高频换能器制造工艺就 变得十分重要了。 压电层的测量特性取决于声学传输介 质、各种电极和连接层等因素,由于这些因 素使得评价高频换能器的性能增加了复杂 性。通常足够厚的连接层在声传输路程中起 粉失配传输线作用,并对电气特性有很大的 影响〔.〕。...  (本文共10页) 阅读全文>>