換能器
- 厚度極化薄圓片壓電換能器的瞬態(tài)響應(yīng)
0637)壓電換能器是一種利用壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)聲能和電能之間相互轉(zhuǎn)換的器件,被廣泛應(yīng)用于多種不同的領(lǐng)域中,例如,材料學(xué)科中的無損檢測[1-4]、工程學(xué)科中的超聲清洗[5-6]、食品行業(yè)的超聲殺菌[7-9]和電子工程學(xué)科的無線通信[10-12]等。換能器的瞬態(tài)響應(yīng)是衡量聲波質(zhì)量的一個重要指標(biāo),對換能器的瞬態(tài)響應(yīng)進(jìn)行研究是準(zhǔn)確反演介質(zhì)信息以及提高聲學(xué)測量質(zhì)量最基本的前提。在以往的聲學(xué)測量中,由于其復(fù)雜性,通常忽略激勵信號與換能器能量轉(zhuǎn)換的影響。如在聲波測井和地震勘
西安郵電大學(xué)學(xué)報 2023年1期2023-07-01
- 一種隨鉆四極子復(fù)合發(fā)射換能器的設(shè)計
隨鉆四極子發(fā)射換能器作為核心器件，一直被國外服務(wù)公司壟斷。國外商業(yè)化的隨鉆四極子換能器通常是把圓管換能器切割成均勻的多片圓弧狀壓電振子，進(jìn)行封裝后安裝在鉆鋌上，通過改變相位實(shí)現(xiàn)隨鉆四極子聲源的發(fā)射[1-2]。隨鉆四極子聲波測井激發(fā)聲源必須滿足低頻激發(fā)的條件，才能在軟地層不激發(fā)四極子鉆鋌模式波[3]。因此，需要換能器在低頻約4 kHz有良好的聲學(xué)響應(yīng)。傳統(tǒng)四極子換能器的低頻一階彎曲振動模態(tài)諧振頻率很低，只能在非諧振點(diǎn)采用高壓激勵受迫振動的方式提高其發(fā)射效率[
壓電與聲光 2022年6期2023-01-30
- 橫向穿孔對壓電換能器振動特性的影響
，常對功率超聲換能器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行穿孔、開槽等特殊設(shè)計，以實(shí)現(xiàn)不同的功能.文獻(xiàn)[1]通過在夾心式壓電換能器前蓋板中進(jìn)行軸向半穿孔方式，降低換能器的機(jī)械品質(zhì)因素來展寬換能器的頻帶；文獻(xiàn)[2-3]通過縱向開狹縫的方法降低超聲變幅桿的縱橫耦合振動以提高超聲焊接的處理效率；文獻(xiàn)[4-7]通過在換能器變幅桿上開槽或狹縫的方式實(shí)現(xiàn)振動模式的轉(zhuǎn)換，獲得縱徑、縱扭、徑扭或縱彎復(fù)合模式振動，并在超聲精密加工、超聲電機(jī)等領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用.文獻(xiàn)[8]提出了一種新型的熱管散熱型大功
浙江師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版） 2022年1期2022-12-27
- 熱管冷卻對壓電換能器振動穩(wěn)定性的影響
工等技術(shù)領(lǐng)域，換能器通常工作于大功率振動狀態(tài)[1-4]。由于材料的機(jī)械損耗、壓電陶瓷的介電損耗以及換能器因負(fù)載變化與電源阻抗失配引起的功率損耗等原因，換能器在長時間工作下會出現(xiàn)嚴(yán)重的發(fā)熱現(xiàn)象[5-7]，進(jìn)而引起換能器輸入阻抗、電容等機(jī)電參數(shù)變化，并導(dǎo)致其共振頻率漂移、位移振幅衰減以及電聲效率急劇下降，甚至?xí)?dǎo)致壓電陶瓷退極化等一系列問題。因此，換能器的發(fā)熱問題是長期困擾業(yè)界的關(guān)鍵技術(shù)難題之一，如何有效控制壓電超聲換能器在大功率工作狀態(tài)下的發(fā)熱升溫具有重要意
陜西師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版） 2022年6期2022-12-02
- 水下超聲換能器陣引線串?dāng)_問題研究
00）0 引言換能器是一種實(shí)現(xiàn)電學(xué)信號和力學(xué)信號相互轉(zhuǎn)換的傳感器。水下超聲換能器通常用來進(jìn)行信號傳輸、通信和水下目標(biāo)檢測、超聲成像等工作［1］。換能器陣是由多個換能器以一定的形式排列而成的陣列。換能器陣中的每個換能器稱為基元或陣元。換能器陣的束控對各基元上的電壓（或電流）的幅度和相位進(jìn)行控制，就可控制整個陣的指向性［2］。換能器陣的各個陣元通過引線將電極引出，與外部信號電路連通，實(shí)現(xiàn)陣元的電學(xué)信號激勵［3-4］。通過外部電路對換能器陣的陣元進(jìn)行電學(xué)信號加載
電聲技術(shù) 2022年7期2022-09-23
- 超聲耦合無線電能傳輸用發(fā)射換能器優(yōu)化設(shè)計
術(shù)的發(fā)展，超聲換能器作為超聲工程技術(shù)的重要部分，在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學(xué)和科學(xué)研究等方面得到廣泛應(yīng)用，其中有超聲耦合無線電能傳輸(UCCET)[1-2]。在UCCET系統(tǒng)中，超聲換能器是實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和電能之間相互轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件。目前換能器主要設(shè)計方法包括解析法和有限元法。文獻(xiàn)[3]針對橡膠材料切割問題設(shè)計了一種基于夾心式壓電換能器的超聲刀，用ANSYS軟件對設(shè)計的超聲刀進(jìn)行模態(tài)分析，獲得其工作模態(tài)的諧振頻率。文獻(xiàn)[4]利用解析法設(shè)計了氣介超聲壓電換能器，利用A
壓電與聲光 2022年3期2022-07-16
- 面向水下應(yīng)用的電容式微機(jī)械超聲換能器?
容式微機(jī)械超聲換能器(Capacitive micromachined ultrasonic transducer,CMUT)是一種靜電式超聲換能器，它隨著硅微制造技術(shù)的發(fā)展而快速發(fā)展，目前已成為一種重要的新型超聲換能器。CMUT 換能器具有寬頻帶、易于制造二維陣列、與信號處理電路集成制造、與水和人體的聲阻抗匹配性好、高機(jī)電轉(zhuǎn)換效率等諸多內(nèi)在特性和優(yōu)勢[1?3]，彌補(bǔ)了處于主流地位的壓電超聲換能器的一些方面的不足，已經(jīng)在高頻醫(yī)學(xué)超聲成像應(yīng)用中得到廣泛的關(guān)注
應(yīng)用聲學(xué) 2022年3期2022-07-07
- 不同匹配層陣列式換能器的有限元仿真
件，陣列式壓電換能器能夠激發(fā)多個壓電陣元來進(jìn)行探測，從而顯示出細(xì)小的物體結(jié)構(gòu)，提供精細(xì)的超聲圖像。陣列式壓電換能器的主要結(jié)構(gòu)包括壓電材料、匹配層、背襯及連接電路4部分，其中匹配層用于提高超聲波的能量傳輸效率，減小聲波在不同界面處的反射損失，對于換能器的性能優(yōu)化起到重要作用。目前換能器制備過程中常使用高分子聚合物及高聚物/金屬氧化物組成的0-3復(fù)合材料作為匹配層[1]。其中高分子聚合物聲阻抗值較低，通常作為單層匹配層或雙層匹配層結(jié)構(gòu)中第二匹配層。0-3復(fù)合材
壓電與聲光 2022年2期2022-05-13
- 用于水下探測的寬帶超聲換能器設(shè)計
等[2]。水聲換能器是聲吶探測設(shè)備的核心部件，承擔(dān)著信號發(fā)射和接收的使命，在水聲探測領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用[3]?？v振換能器是水聲換能器領(lǐng)域的一個分支，其設(shè)計理論成熟、制作工藝簡單、性能穩(wěn)定，在水下目標(biāo)探測中有著廣泛的應(yīng)用[4]。為了能準(zhǔn)確探測到障礙物位置并提前規(guī)避，使用的縱振換能器需具有低頻、寬帶、大功率等特性[5-6]。目前，多模態(tài)振動耦合是拓寬縱振換能器工作帶寬的有效方法之一，其能調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計，使換能器中兩種或兩種以上的振動模態(tài)頻率相距適中并有效耦合，達(dá)
無損檢測 2022年1期2022-03-16
- 基于PMN-PT單晶材料的醫(yī)用超聲相控陣換能器設(shè)計
術(shù)[1]。超聲換能器是醫(yī)療超聲診斷系統(tǒng)的核心部件，可實(shí)現(xiàn)電能和聲能之間的轉(zhuǎn)換，其性能決定著圖像質(zhì)量。為了得到優(yōu)質(zhì)的超聲圖像，需要超聲換能器具有高靈敏度，高帶寬[2]的特點(diǎn)。傳統(tǒng)醫(yī)療換能器常用的功能元件是由PbZrO3-PbTiO3[3]制成的PZT(鋯鈦酸鉛)系列壓電陶瓷，其具有較低的壓電性能，使得換能器的靈敏度和帶寬較低，進(jìn)而影響了圖像的分辨率和清晰度。近年來，隨著以鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PMN-PT)系列弛豫鐵電單晶為代表的高性能壓電材料的發(fā)展[4-5]，
無損檢測 2022年1期2022-03-16
- 換能器大功率下溫升規(guī)律初探
在實(shí)際使用中，換能器的功率極限限制因素主要分為電極限、空化極限、熱極限、應(yīng)力極限等，在換能器的連續(xù)工作中，熱極限往往率先出現(xiàn)。在進(jìn)行長時間大功率發(fā)射時，換能器存在一定損耗，因此電能無法全部轉(zhuǎn)化為聲能，其中，大部分損耗電能將會轉(zhuǎn)化成熱能。由于圓管換能器輻射面往往被導(dǎo)熱性能較差的水密層所覆蓋，且圓管換能器上不易針對地設(shè)置散熱器件，所以熱能無法及時散掉。因此大量的熱能將隨時間逐步累積，進(jìn)而導(dǎo)致換能器溫度升高，出現(xiàn)諸如換能器阻抗降低、通過電流增大、壓電陶瓷退極化等
聲學(xué)與電子工程 2021年3期2021-10-13
- 聲測井壓電接收換能器研究進(jìn)展
測井儀器，接收換能器是其重要的組成部分，接收換能器性能的好壞對于地層信息的有效提取至關(guān)重要，如果接收換能器性能不好，可能會導(dǎo)致接收到的地層的信息存在較大的誤差進(jìn)而影響后續(xù)測井資料的處理。由此可見，聲波測井在油氣勘探開發(fā)中占據(jù)重要地位，接收換能器是聲波測井儀器的重要組成部分。本文對聲波測井接收換能器進(jìn)行全面的綜述，為后人設(shè)計接收換能器提供參考依據(jù)。1 典型壓電接收換能器壓電換能器的發(fā)展和應(yīng)用是以壓電效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和壓電材料的發(fā)展為前提的[8]。19 世紀(jì)法國物理
石油化工應(yīng)用 2021年8期2021-09-17
- 單-雙晶片壓電換能器發(fā)電能力仿真分析與實(shí)驗研究*
①對懸臂梁壓電換能器進(jìn)行理論分析和實(shí)驗測試來研究其發(fā)電性能[8-9]；②為提高換能器發(fā)電效率對壓電方程進(jìn)行理論推導(dǎo)，得出影響換能器發(fā)電效率的表達(dá)式及影響因素[10]；③壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)尺寸、配置位置以及不同質(zhì)量對發(fā)電能力的影響以及不同金屬基板材料對能量傳遞的影響[11-13]。筆者主要針對單晶片換能器和雙晶片換能器發(fā)電能力進(jìn)行實(shí)驗對比研究，為壓電材料發(fā)電提供設(shè)計理論與技術(shù)參考。1 結(jié)構(gòu)設(shè)計與工作原理單晶片和雙晶片壓電換能器結(jié)構(gòu)示意圖如圖1和圖2所示。主要由固
機(jī)械研究與應(yīng)用 2021年4期2021-09-15
- 一種低旁瓣圓形活塞高頻換能器研究
小接收噪聲，對換能器提出了低旁瓣、寬帶的要求[1]。旁瓣級是對指向性圖中最大旁瓣幅值歸一化的聲壓級，它反映了聲系統(tǒng)抑制噪聲干擾和假目標(biāo)的能力[2]。當(dāng)前主流的旁瓣控制手段是通過電路部分控制換能器基陣的各路陣元的相位與幅度，通過加權(quán)的手段實(shí)現(xiàn)低旁瓣，Harry L.van Trees、Stankwitz等人分別提出了基于線性處理、非線性處理的幅度加權(quán)方法[3-4]，該方法較好地降低了旁瓣，但是增加了電子部分的復(fù)雜程度，降低了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，不利于在工程
聲學(xué)技術(shù) 2021年3期2021-07-14
- 磁致伸縮超聲換能器阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計?
泛應(yīng)用中，超聲換能器一直是一個研究熱點(diǎn)。其中，磁致伸縮超聲換能器采用的磁致伸縮材料具有應(yīng)變大、能量密度大、頻率特性好等優(yōu)點(diǎn)[2]，其發(fā)展受到了國內(nèi)外研究人員的關(guān)注。大功率、大振幅一直是磁致伸縮超聲換能器發(fā)展的重要方向，目前國內(nèi)外學(xué)者對其進(jìn)行了大量的研究發(fā)現(xiàn)：通過分析換能器的數(shù)學(xué)模型，對超聲換能器的材料、結(jié)構(gòu)、磁路、預(yù)應(yīng)力等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計可以提升其換能效率[3]。但驅(qū)動電源和磁致伸縮超聲換能器之間往往存在著嚴(yán)重的阻抗失配，造成二者之間的能量傳輸效率較低，在驅(qū)動
應(yīng)用聲學(xué) 2021年2期2021-04-28
- 組合式彎曲圓盤換能器仿真研究
00)彎曲圓盤換能器是一種小尺寸、低諧振的換能器，結(jié)構(gòu)簡單，易于成陣。國內(nèi)外均已對彎曲圓盤換能器密排基陣進(jìn)行大量研究，通過調(diào)節(jié)彎曲圓盤換能器之間的間距、陣元尺寸、加電方式，可實(shí)現(xiàn)寬帶性能。組合式彎曲圓盤換能器是一種極易實(shí)現(xiàn)小尺寸低頻工作的優(yōu)質(zhì)聲源。2010 年，李寬等[1]通過不同尺寸彎曲圓盤換能器形成密排基陣，設(shè)計壓電陶瓷激勵方式，實(shí)現(xiàn)寬帶發(fā)射；2011 年，顧磊等[2]通過理論公式初步驗證：組合式彎曲圓盤換能器由于密排陣元產(chǎn)生的強(qiáng)烈互輻射，陣元輻射阻抗
聲學(xué)與電子工程 2021年1期2021-04-19
- 高頻水聲換能器匹配層技術(shù)研究
效果。高頻寬帶換能器是高頻聲吶信號產(chǎn)生和獲取的基礎(chǔ)，匹配層技術(shù)是拓展高頻換能器帶寬的有效手段[2-3]。2008年，陜西師范大學(xué)李珺等[4]通過理論和仿真計算了雙匹配層參數(shù)對換能器帶寬的影響；2013年，中國科學(xué)院聲學(xué)所童暉等[1]研制一款單匹配層寬帶換能器，帶內(nèi)發(fā)送電壓響應(yīng)起伏為-3 dB，并在2020年研制了一款寬帶圓柱陣，其工作頻帶為20～30 kHz，帶內(nèi)發(fā)送電壓響應(yīng)起伏為-3 dB[5]；2020年，上海材料研究所張浩等[6]通過三層匹配層和背襯
聲學(xué)技術(shù) 2021年1期2021-03-10
- 大功率夾心式壓電換能器結(jié)構(gòu)參數(shù)計算分析及設(shè)計
功率高聲壓級的換能器。超聲波由于在空氣中衰減快很難實(shí)現(xiàn)聲波的遠(yuǎn)距離發(fā)射，因此可聽聲頻域的大功率聲發(fā)射技術(shù)引起了研究者的關(guān)注。夾心式換能器又稱郎之萬換能器，由于具有功率容量大、高機(jī)電轉(zhuǎn)換效率、結(jié)構(gòu)形狀可以根據(jù)不同應(yīng)用靈活設(shè)計等特點(diǎn)[2-3]，已成為發(fā)射型換能器首選。當(dāng)前對夾心式壓電換能器的研究，主要采用機(jī)電等效法。陳航等[4-5]用機(jī)電等效法建立了具有阻抗匹配層的寬帶縱向壓電換能器的等效電路，并討論了匹配層對換能器性能的影響，設(shè)計了水聲大功率換能器。Li等[
振動與沖擊 2021年4期2021-02-26
- 一種通孔球形換能器
）球形壓電陶瓷換能器作為全指向性換能器，它在空間上具有均勻輻射聲場，是水聲領(lǐng)域應(yīng)用較廣的換能器類型之一。它的結(jié)構(gòu)簡單，便于制作，性能穩(wěn)定。在水聲換能器設(shè)計中，當(dāng)需要換能器實(shí)現(xiàn)水平無指向性時，通常采用圓管換能器和球形換能器。相較于圓管換能器，球形換能器更加接近于一個點(diǎn)聲源，且球形換能器的全向特點(diǎn)與頻率無關(guān)，在拖曳線陣等水聲設(shè)備中使用可以獲得較寬的工作頻率范圍。但是球面輻射的外形特點(diǎn)使其實(shí)際應(yīng)用中難以安裝和布放[1-2]。目前常見的球形壓電陶瓷換能器主要由壓電
聲學(xué)與電子工程 2020年4期2021-01-13
- 寬帶聲光器件聲場仿真研究
載波信號作用在換能器上，換能器產(chǎn)生超聲波傳入聲光介質(zhì)，聲場使晶體內(nèi)產(chǎn)生折射率光柵，入射光在滿足布喇格衍射條件時發(fā)生衍射。定義聲光衍射效率從最大值下降一半時的頻率寬度為聲光互作用3 dB帶寬或簡稱為布喇格帶寬。單片超聲換能器結(jié)構(gòu)的超聲能量分布在大角度范圍內(nèi)，每個頻率只能利用到某一方向的聲場能量，通過研究超聲波換能器組成陣列的指向性[2]，可以采用多級換能器的方式提高超聲能量利用率，增大聲光器件的布喇格帶寬。壓電換能器是體波聲光器件的重要組成部分，體波聲光器件
壓電與聲光 2020年6期2021-01-05
- 變厚度聚焦換能器對聲焦域軸向長度影響的研究*
統(tǒng)的HIFU 換能器為單一頻率模式，聲焦域為橢球形，軸向長度是橫向長度的幾倍(6 以上)[2-3]。在臨床治療過程中發(fā)現(xiàn)，單頻HIFU 消融薄層病變組織時，由于聲焦域軸向長度過長，可能損傷到正常組織，而對于較厚的病變組織，因聲焦域軸向長度較短，消融時間長，容易增加周圍正常組織損傷的風(fēng)險[4]。因此，為提高HIFU 在臨床治療過程中的安全性和有效性，針對不同厚度的病變組織，改變聲焦域軸向長度有重要應(yīng)用價值?，F(xiàn)有改變聲焦域軸向長度的方法主要有提高換能器工作頻率
應(yīng)用聲學(xué) 2020年3期2020-09-25
- 一種寬頻帶壓電單晶換能器設(shè)計
寬頻帶壓電單晶換能器設(shè)計劉一鳴1, 田豐華1,2, 宋 哲1, 王 濤1, 呂林夏1(1. 中國船舶重工集團(tuán)公司 第705研究所, 陜西 西安, 710077; 2. 西安交通大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院, 陜西 西安, 710049)為提高復(fù)合棒換能器的低頻性能、工作帶寬、發(fā)送電壓響應(yīng)和接收靈敏度, 文中以鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PMN-PT)壓電單晶作為驅(qū)動元件, 利用匹配層技術(shù)拓展帶寬, 設(shè)計了寬頻帶壓電單晶換能器。利用有限元軟件分別建立壓電單晶換能器和相似規(guī)
水下無人系統(tǒng)學(xué)報 2020年1期2020-03-06
- 碟形縱彎換能器研究
目前常用的發(fā)射換能器類型主要包括鑲拼圓環(huán)換能器、Tonpilz換能器、彎張換能器、彎曲圓盤換能器等。典型的有中科院聲學(xué)所研制的魚唇式彎張換能器，諧振頻率可以從100 Hz覆蓋到1.8 kHz，單只換能器諧振頻率下聲源級在190 dB以上[2-3]；中船重工第七二六研究所研制的彎曲圓盤換能器，在尺寸140 mm時，諧振頻率為1.7 kHz。從各類型低頻換能器的性能比較來看：圓環(huán)換能器結(jié)構(gòu)簡單，耐壓能力適中，但尺寸相對較大；Tonpilz換能器裝配簡單，發(fā)送電
聲學(xué)與電子工程 2019年4期2020-01-14
- 加筋式IV型彎張換能器研究
3）IV型彎張換能器主要由內(nèi)部驅(qū)動振子和外部振動殼體組成。它具有低頻、大功率、小尺寸的特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于水聲通信、低頻探測等領(lǐng)域[1]。IV型彎張換能器的水中諧振頻率主要取決于殼體的材料、形狀、尺寸。當(dāng)殼體的結(jié)構(gòu)確定時，換能器諧振頻率很難大幅度改變。在工程應(yīng)用中，設(shè)計一款全新的換能器成本較高且研制周期較長。如果在現(xiàn)有換能器的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改造且能達(dá)成預(yù)期研制目標(biāo)，則可節(jié)約成本和縮短研制周期。本文提出一種在IV型彎張換能器殼體表面焊接金屬筋板的方法，通過適當(dāng)?shù)卦O(shè)
聲學(xué)與電子工程 2019年3期2019-10-14
- 血管內(nèi)超聲換能器的研究現(xiàn)狀與進(jìn)展
聲(IVUS)換能器研究現(xiàn)狀I(lǐng)VUS是20世紀(jì)80年代末發(fā)展起來的介入式超聲成像技術(shù)。如圖1所示，IVUS通過心導(dǎo)管將微型化的超聲探頭插入心血管腔內(nèi)進(jìn)行探測，再經(jīng)電子成像系統(tǒng)顯示心血管斷面的形態(tài)和血流圖形[3]。在心血管疾病領(lǐng)域，血管造影是確定粥樣硬化血管狹窄位置和程度的常規(guī)診斷技術(shù)。然而，它不能獲得狹窄血管壁的結(jié)構(gòu)信息來準(zhǔn)確評估粥樣硬化疾病。比較而言，IVUS不僅可以了解管腔的大小、形狀及管壁結(jié)構(gòu)，還可以精確地測量血管腔的截面積，辨認(rèn)血管壁鈣化、纖維化和
壓電與聲光 2019年3期2019-06-25
- 基于二維聲子晶體的大尺寸夾心式換能器的優(yōu)化設(shè)計*
修改稿)夾心式換能器應(yīng)用極為廣泛, 但當(dāng)其橫向尺寸過大時, 存在耦合振動, 影響其輻射面的位移分布. 本文通過在大尺寸夾心式換能器的前蓋板中加工周期排列的槽, 來形成一種二維聲子晶體結(jié)構(gòu). 隨后, 采用有限元法對基于二維聲子晶體的大尺寸夾心式換能器的振動傳輸特性、共振頻率以及發(fā)射電壓響應(yīng)進(jìn)行仿真模擬,討論了開槽高度和開槽寬度對其帶隙、共振與反共振頻率、帶寬以及輻射面位移分布的影響. 研究結(jié)果表明,通過在大尺寸夾心式換能器中應(yīng)用聲子晶體結(jié)構(gòu)可對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計
物理學(xué)報 2019年2期2019-03-11
- 帶工具的超聲打孔換能器設(shè)計與分析
超聲電源、超聲換能器、變幅桿和工具，超聲換能器和變幅桿是超聲振子的核心組成部分，因此國內(nèi)外科研人員針對超聲換能器和變幅桿的設(shè)計進(jìn)行了大量研究[1-5]。換能器將超聲電源輸出的高頻電信號(一般為15kHz以上)轉(zhuǎn)化為機(jī)械振動，變幅桿將振動振幅放大并傳遞到刀具末端，從而實(shí)現(xiàn)超聲加工。傳統(tǒng)超聲換能器主要由前后金屬蓋板、壓電陶瓷片以及銅電極等通過預(yù)應(yīng)力螺栓連接起來，整個振子的厚度等于超聲基波的半波長。改變壓電陶瓷材料的厚度和前后蓋板的幾何尺寸和形狀，可以對換能器進(jìn)
機(jī)械制造與自動化 2018年6期2019-01-08
- 超聲換能器表面振動和聲場測量及其與經(jīng)典超聲換能器的仿真比較
招，張濤?超聲換能器表面振動和聲場測量及其與經(jīng)典超聲換能器的仿真比較孫彥招，張濤(天津大學(xué)電氣自動化與信息工程學(xué)院，天津 300072)超聲換能器廣泛應(yīng)用于聲學(xué)測量，其工作性能主要取決于它的振動與聲特征。然而，多數(shù)研究中的換能器被認(rèn)為是經(jīng)典的活塞或高斯型，經(jīng)典與常用的真實(shí)換能器之間的差異容易被忽視?；诖?，首先用激光測振和傳聲器測聲方法測量了某廠家換能器產(chǎn)品的表面振動與聲場特征。然后設(shè)計有限元方案，分別仿真經(jīng)典與真實(shí)換能器的聲場。最后從輻射面振速分布、聲場
聲學(xué)技術(shù) 2018年5期2018-11-15
- 圓環(huán)換能器故障成因評判的實(shí)驗設(shè)計
慧，王艷?圓環(huán)換能器故障成因評判的實(shí)驗設(shè)計李玉偉1，趙慧2，王艷2(1. 海軍駐上海地區(qū)水聲導(dǎo)航系統(tǒng)軍代表室，上海 201108；2. 上海船舶電子設(shè)備研究所，上海 201108)在實(shí)際工程中，批量的圓環(huán)換能器在工作一段時間后出現(xiàn)側(cè)邊打火、絕緣下降的故障現(xiàn)象，為摸清故障出現(xiàn)的原因，設(shè)計了評判故障成因的實(shí)驗。實(shí)驗環(huán)境模擬換能器的實(shí)際工作條件，實(shí)驗過程中檢測圓環(huán)換能器的阻抗、靜態(tài)電容、絕緣電阻、外觀及手感溫度等變化情況，然后測試換能器的電聲性能，并與正常性能的
聲學(xué)技術(shù) 2018年5期2018-11-15
- 水聲對抗器材用換能器的現(xiàn)狀與發(fā)展?
年來，隨著水聲換能器技術(shù)、信號檢測技術(shù)、聲傳播理論和應(yīng)用的快速發(fā)展，水聲對抗技術(shù)也隨之得到發(fā)展并日益受到各國海軍的高度重視，它不僅是提高各種艦艇和潛艇自身生存能力的重要措施，同時也是取得水下作戰(zhàn)主動權(quán)的決定性因素之一。水聲對抗按對象可分為聲納對抗和魚雷對抗。聲納對抗手段包括誘騙、干擾、壓制等，使聲納丟失目標(biāo)或出現(xiàn)假目標(biāo)。魚雷對抗則包括對魚雷的檢測、預(yù)警和殺傷等。其中殺傷方式可分為軟殺傷和硬殺傷。軟殺傷是指利用誘騙、干擾、壓制手段使來襲魚雷迷失方向或者航程耗
艦船電子工程 2018年8期2018-08-28
- 基于Workbench的夾心式壓電超聲換能器的尺寸優(yōu)化
0 引言夾心式換能器又稱為郎之萬型換能器，它是由中間壓電陶瓷堆、前后金屬端蓋、預(yù)應(yīng)力螺栓、電極片和絕緣管等組成[1-2]。夾心式換能器在聲懸浮支撐、超聲清洗、超聲焊接、超聲乳化等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用[3-6]。換能器具有多階模態(tài)，在不同的模態(tài)下會有不同的振動形式，如彎曲、扭轉(zhuǎn)和縱向等[7-8]。在進(jìn)行換能器設(shè)計的過程中要先確定振型和工作頻率，為了使換能器達(dá)到最佳的工作狀態(tài)，要使換能器的諧振頻率與工作頻率一致。然而，換能器設(shè)計的過程中大多會對換能器進(jìn)行理想化假
機(jī)械工程師 2018年6期2018-06-14
- 超聲波流量計換能器系統(tǒng)理論分析及應(yīng)用
。因此，超聲波換能器作為產(chǎn)生和接收超聲波信號的器件在超聲流量測量系統(tǒng)中起著關(guān)鍵的作用。超聲波換能器在流量計中通常成對使用，依照設(shè)定的頻率，一個發(fā)射超聲波，另一個接收超聲波，然后發(fā)射方和接收方再互換，完成一次測量。然而，對于同一個超聲波換能器來講，最大發(fā)射電壓靈敏度和最大接收電壓靈敏度通常不在同一個頻率點(diǎn)上。為了在超聲波流量測量系統(tǒng)工作頻率上獲得最優(yōu)的超聲波信號，換能器系統(tǒng)必須優(yōu)化設(shè)計并采用合適的材料，按照合適的工藝進(jìn)行制作。本文通過對超聲波流量計換能器系統(tǒng)
聲學(xué)技術(shù) 2018年2期2018-05-24
- 用于微電子封裝的高頻壓電超聲換能器模態(tài)優(yōu)化設(shè)計
裝中，壓電超聲換能器是熱超聲鍵合機(jī)中最重要的部件之一，隨著集成電路芯片向高密度和超細(xì)間距的方向不斷發(fā)展，高頻熱超聲鍵合技術(shù)受到了相當(dāng)多的關(guān)注[1]。工程實(shí)踐表明，高頻超聲換能器具有較好的超聲能量利用效率，有利于縮短粘接時間，降低焊接溫度[2]。很多學(xué)者對高頻換能器的設(shè)計做了研究，Parrini基于有限元分析和激光干涉儀測量結(jié)合的方法設(shè)計了工作頻率為125 kHz的換能器[3]。但針對高頻狀態(tài)下工作的換能器常出現(xiàn)模態(tài)集中的現(xiàn)象尚缺乏系統(tǒng)、詳盡的研究。模態(tài)集中
裝備制造技術(shù) 2018年11期2018-02-18
- 基于LabView的壓電換能器多路動態(tài)信號采集與分析系統(tǒng)
核心環(huán)節(jié)，壓電換能器是熱超聲引線鍵合及相關(guān)超聲輔助精密制造、檢測技術(shù)領(lǐng)域中最廣泛采用的換能方式，是將電能轉(zhuǎn)換為制造、檢測所需機(jī)械能的主要途徑之一，圖1所示為用于熱超聲鍵合的壓電超聲換能器的一般結(jié)構(gòu)[1-2]。圖1 壓電超聲換能器結(jié)構(gòu)圖由于壓電超聲換能器是多個子系統(tǒng)非線性耦合而成的三維振動系統(tǒng)，因此換能器的動力學(xué)行為特性與壓電材料特性、變幅桿結(jié)構(gòu)、換能器裝配、激振信號品質(zhì)等諸多因素密切相關(guān)，因此，要研究換能器的動力學(xué)行為特性的影響因素及其規(guī)律，首要的就是需要
裝備制造技術(shù) 2018年11期2018-02-18
- 兩種低頻換能器結(jié)構(gòu)性能有限元研究?
00）兩種低頻換能器結(jié)構(gòu)性能有限元研究?孫玉臣1，2王德石1孫顯鵬2朱愛軍2（1.海軍工程大學(xué) 武漢 430033）（2.91183部隊 青島 266100）在簡要介紹水聲換能器基本性能參數(shù)的基礎(chǔ)上，通過ANSYS有限元仿真，計算出鈸式及凹筒式低頻換能器的結(jié)構(gòu)參數(shù)，并進(jìn)行了性能對比，為相關(guān)研究領(lǐng)域提供參考。低頻換能器；有限元；Cymbal；筒式換能器1 引言近年來，隨著世界各國對海洋權(quán)益和資源開發(fā)的逐漸重視，水下聲納在國防軍工、石油勘探、造船航運(yùn)等領(lǐng)域的應(yīng)
艦船電子工程 2017年11期2017-12-25
- 兩種多諧振寬帶縱振換能器設(shè)計
多諧振寬帶縱振換能器設(shè)計胡負(fù)稷1, 2, 張喜順3, 張文波1, 王明洲1, 2, 淦華東1, 2(1. 中國船舶重工集團(tuán)公司 第705研究所, 陜西 西安, 710077; 2. 水下信息與控制重點(diǎn)實(shí)驗室, 陜西 西安, 710077; 3. 海軍裝備研究院, 北京, 100161)縱振換能器以結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于魚雷自導(dǎo)、水聲對抗等領(lǐng)域。為研究多諧振縱振換能器的寬帶特性, 文中在設(shè)計制作一種雙激勵寬帶縱振換能器的基礎(chǔ)上, 設(shè)計制作了一種
水下無人系統(tǒng)學(xué)報 2017年5期2017-11-22
- 一款水聲通信換能器研究
?一款水聲通信換能器研究童暉，張濤，張彬，王佳麟(中國科學(xué)院聲學(xué)研究所東海研究站，上海201815)隨著聲吶技術(shù)的迅速發(fā)展，水聲通信在海洋科學(xué)研究及海洋開發(fā)中發(fā)揮著非常重要的作用，水聲通信換能器是水聲通信設(shè)備中負(fù)責(zé)電聲轉(zhuǎn)換的重要部件。研究了一款帶底座的溢流圓管換能器，通過有限元仿真計算了換能器發(fā)送電壓響應(yīng)和方向性等參數(shù)，優(yōu)化了換能器中的陶瓷元件和底座的結(jié)構(gòu)尺寸，制作并測量得到一款半空間指向性的水聲通信換能器，換能器的工作頻段為11～23kHz，帶內(nèi)起伏為3
聲學(xué)技術(shù) 2017年4期2017-10-14
- 多激勵寬帶復(fù)合棒換能器設(shè)計
激勵寬帶復(fù)合棒換能器設(shè)計胡負(fù)稷1,2, 張文波1, 王明洲1,2(1. 中國船舶重工集團(tuán)公司第705研究所, 陜西西安, 710077; 2. 水下信息與控制重點(diǎn)實(shí)驗室, 陜西西安, 710077)多諧振寬帶復(fù)合棒換能器因采取耦合多個振動模態(tài)的方式, 在拓寬頻帶方面取得了很好的效果而被廣泛使用。為進(jìn)一步適應(yīng)水聲信號技術(shù)的發(fā)展要求, 文中采用等效電路法和有限元分析法對前蓋板彎曲振動的雙激勵源多諧振換能器性能進(jìn)行了對比分析, 2種方法所得結(jié)論吻合較好。最后采用
水下無人系統(tǒng)學(xué)報 2016年6期2017-01-12
- 隨鉆聲波傳輸中換能器聲源功率匹配實(shí)驗研究
隨鉆聲波傳輸中換能器聲源功率匹配實(shí)驗研究陳 勇 尚海燕 秦 瓊(西安石油大學(xué)井下測控研究所， 西安 710065)研究了隨鉆聲波傳輸中壓電換能器聲源發(fā)射功率，提出了并聯(lián)式壓電換能器陣列雙頻匹配方式。實(shí)驗結(jié)果表明，該方法能使壓電換能器聲源機(jī)械轉(zhuǎn)換效率達(dá)到最大，在雙頻諧振點(diǎn)的發(fā)射功率達(dá)到200 W以上，滿足隨鉆聲波傳輸現(xiàn)場的功率輸出要求，提高了聲波的傳輸距離，為實(shí)現(xiàn)基于壓電換能器陣列聲源的聲波長距離傳輸?shù)於嘶A(chǔ)。并聯(lián)式壓電換能器陣列； 聲源功率； 電感匹配；
重慶科技學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版） 2016年5期2016-11-04
- 陣列聲波偶極換能器的相位檢測方法
·陣列聲波偶極換能器的相位檢測方法田文新，毋學(xué)平，鄭波(中國石油測井有限公司華北事業(yè)部河北廊坊065007)多極子陣列聲波偶極換能器具有嚴(yán)格的方向性。在更換偶極發(fā)射換能器總成時，需要對四個方向的換能器的相位進(jìn)行檢測，確定各個方向換能器相位是否正確。提供了偶極發(fā)射換能器的正確檢測方法和維修實(shí)例。為儀修工程師更方便、快捷地維修陣列聲波偶極換能器提供技術(shù)支持。偶極發(fā)射換能器；相位檢測；示波器檢測法0 引 言MPAL多極子陣列聲波成像測井儀器的應(yīng)用越來越廣泛，隨著
石油管材與儀器 2016年4期2016-09-18
- 一種矩形輻射面寬波束換能器的設(shè)計
形輻射面寬波束換能器的設(shè)計于祥龍1，趙榮榮2，唐少波1(1. 上海船舶電子設(shè)備研究所，上海 201108；2. 水聲對抗技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗室，上海 201108)設(shè)計了一種可以寬波束發(fā)射的矩形輻射面換能器。通過設(shè)計矩形輻射面，適當(dāng)減小矩形輻射面短邊的長度，從而達(dá)到了減小換能器的橫向尺寸，且增大短邊平行截面上的波束寬度的目的，再引入聚氨酯硬質(zhì)泡沫障板技術(shù)改變換能器的輻射聲場，進(jìn)一步改善了換能器的方向性。有限元分析和試制換能器測試結(jié)果表明：設(shè)計制作的13 kHz工作
聲學(xué)技術(shù) 2016年1期2016-09-07
- 1-3型壓電復(fù)合材料殼式聚焦換能器的研究
合材料殼式聚焦換能器的研究王科鑫，何敏，郝琦，劉陽，曾德平(重慶醫(yī)科大學(xué) 生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，省部共建超聲醫(yī)學(xué)工程國家重點(diǎn)實(shí)驗室培育基地，超聲醫(yī)學(xué)工程重慶市重點(diǎn)實(shí)驗室，重慶 400016)摘要：為解決壓電陶瓷聚焦換能器阻抗高、帶寬窄,電聲轉(zhuǎn)換效率低等問題，采用新型的1-3型壓電復(fù)合材料作為聚焦超聲換能器材料，設(shè)計并制作了一種新型的1-3壓電復(fù)合材料殼式聚焦換能器。通過對新型換能器的頻率特性，電聲轉(zhuǎn)換效率研究后和當(dāng)前應(yīng)用的PZT殼式聚焦換能器進(jìn)行對比，證明了1
功能材料 2016年3期2016-05-25
- 三相壓電換能器的設(shè)計和仿真
法 林三相壓電換能器的設(shè)計和仿真西安郵電大學(xué)電子工程學(xué)院 周紅琴 法 林本文設(shè)計了不同形狀的PZT-5H壓電材料柱組成三相壓電換能器。對所設(shè)計換能器的電學(xué)特性和機(jī)械特性進(jìn)行了仿真并跟物理設(shè)計預(yù)測結(jié)果相比較，仿真結(jié)果顯示所設(shè)計的三相壓電換能器的壓電性能和物理設(shè)計是非常接近的，在共振模式下輻射的聲波能量最大且機(jī)械位移最大。三相壓電換能器模型設(shè)計是對單一換能器在機(jī)械特性和電學(xué)特性方面的一個改進(jìn)，新設(shè)計的換能器特性優(yōu)異，對無損評估和無損檢測等方面是非常有用處的，應(yīng)
電子世界 2016年23期2016-03-12
- 一維線形超聲相控陣換能器輻射聲場研究
點(diǎn)。由于檢測時換能器的輻射聲場直接影響檢測效果，因此本文對一維線形陣列換能器輻射聲場展開研究，分別建立了各種超聲換能器在單層、多層傳播介質(zhì)中的聲輻射模型，進(jìn)而數(shù)值模擬了其聲場，實(shí)現(xiàn)聲場的可視化。圖1 單源的矩陣換能器的聲場模型1 換能器輻射聲場模型1.1 單源矩形換能器的輻射聲場模型亥姆霍茲—基爾霍夫積分定理是求取各種類型換能器的輻射聲場的必備知識。該定理是將聲波波動方程求取積分得到。設(shè)P點(diǎn)為換能器輻射區(qū)域中的一點(diǎn)，該點(diǎn)處的單源換能器聲輻射場表達(dá)式為：其中
電子測試 2015年8期2015-05-15
- 四立柱壓電換能器裝配機(jī)研制*
0 引 言壓電換能器是將超聲頻電振蕩信號轉(zhuǎn)換為超聲頻機(jī)械振動的部件。由螺母、反射罩、壓電陶瓷片、銅片、絕緣套、螺栓、聲頭組成。具有壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)，是所有功率超聲的核心部件［1］。壓電換能器裝配時，壓電陶瓷與金屬塊接觸良好與否，預(yù)緊力的大小，對諧振頻率和阻抗的影響很大［2-3］。傳統(tǒng)的裝配方法是通過扳手或者扭矩扳手進(jìn)行裝配，這種裝配方法導(dǎo)致壓電換能器電聲轉(zhuǎn)換效率低、易發(fā)熱、陶瓷片易破碎、壓電換能器易松開、壓電換能器和超聲波發(fā)生器難以匹配等問題［4-6］
機(jī)電工程 2015年7期2015-03-02
- 在聲波測井中消除直達(dá)波干擾的方法、系統(tǒng)及聲波測井儀
波測井儀的發(fā)射換能器向接收換能器發(fā)射測井聲波;通過接收換能器采集測井聲波;通過在時間域和慢度域進(jìn)行掃描求取測井聲波的時間慢度相關(guān)系數(shù)，由此形成時間慢度相關(guān)系數(shù)譜;搜索時間慢度相關(guān)系數(shù)譜，通過峰值查找確定地層各個模式波的慢度; 根據(jù)慢度確定各個模式波首次到達(dá)接收換能器的時間; 加大測井聲波中的直達(dá)波從發(fā)射換能器到達(dá)第一個接收換能器的第一慢度與直達(dá)波從接收換能器到達(dá)另一相鄰接收換能器的第二慢度之間的差異，使得第一慢度明顯區(qū)別于第二慢度，以便在進(jìn)一步從時間慢度相
石油管材與儀器 2014年6期2014-04-05
- 測深儀換能器塢內(nèi)工程質(zhì)量管理剖析
083)測深儀換能器塢內(nèi)工程質(zhì)量管理剖析林育生，吳永明，許大為(902廠，上海 200083)測深儀換能器塢內(nèi)工程是維修的關(guān)鍵過程，換能器一旦出現(xiàn)故障只能等艦船進(jìn)塢方可修理或更換。通過對近幾年來艦船測深儀換能器塢內(nèi)工程修理中出現(xiàn)的故障進(jìn)行調(diào)研分析，歸納出常見故障的發(fā)生原因，并針對塢內(nèi)工程維修和管理工作中容易發(fā)生問題的環(huán)節(jié)，提出了加強(qiáng)換能器塢內(nèi)工程維修質(zhì)量管理的措施和建議，對塢內(nèi)工程修理工作具有一定的指導(dǎo)意義。測深儀；換能器；塢內(nèi)工程；維修；措施測深儀是艦船
中國修船 2014年2期2014-01-27
- 夾心式低頻超聲換能器設(shè)計
夾心式壓電陶瓷換能器［1］，圖1 所示該換能器主要由中央壓電陶瓷片、前后金屬蓋板、預(yù)應(yīng)力螺栓、金屬電極片以及預(yù)應(yīng)力螺栓絕緣套管等組成。圖1 夾心式換能器結(jié)構(gòu)示意圖這種換能器應(yīng)用非常廣泛，文獻(xiàn)［2］中利用該換能器的結(jié)構(gòu)設(shè)計制作了非金屬檢測探頭，并對混凝土進(jìn)行了檢測;文獻(xiàn)［3］中在該型換能器前端安裝一個變幅桿應(yīng)用于超聲加工領(lǐng)域。在夾心式換能器中，通過改變壓電陶瓷材料的厚度和形狀以及前后金屬蓋板的幾何尺寸和形狀，可以對換能器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，來獲得不同的工作頻率和其
兵器裝備工程學(xué)報 2012年7期2012-07-02
- 扇區(qū)水泥膠結(jié)成像測井儀換能器
膠結(jié)成像測井儀換能器陳國棟 宋濱濱 王建紅(中海油田服務(wù)股份有限公司油田技術(shù)事業(yè)部 河北燕郊)壓電換能器是扇區(qū)水泥膠結(jié)成像測井儀器CBMT(Cement Bond Mapping Tool)的核心部件,其性能優(yōu)劣直接影響著儀器的測井效果。文章論述了壓電換能器在扇區(qū)水泥膠結(jié)成像測井儀中的應(yīng)用,介紹了壓電換能器的工作原理,分析了其頻率特性?？偨Y(jié)了提高CBMT水泥膠結(jié)成像測井儀中極板換能器靈敏度的方法。極板;換能器;壓電;諧振頻率;電導(dǎo)0 引 言近年來,壓電陶瓷
石油管材與儀器 2011年3期2011-01-05
- 壓電單晶彎張換能器研究
150001)換能器的發(fā)展是與功能材料的發(fā)展密不可分的.大尺寸、高質(zhì)量的弛豫鐵電單晶鈮鎂酸鉛－鈦酸鉛((1－x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3，PMNT)和鈮鋅酸鉛-鈦酸鉛((1－x)Pb(Zn1/3Nb2/3)O3-xPbTiO3，PZNT)的生長成功是無機(jī)功能材料領(lǐng)域里的一項重要突破［1］.新型弛豫鐵電單晶在準(zhǔn)同型相界(morphotropic phase boundary，MPB)附近具有非常優(yōu)異的壓電性能，引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)
哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報 2010年9期2010-03-23
- 功能材料及其應(yīng)用于換能器技術(shù)的研究進(jìn)展
材料及其應(yīng)用于換能器技術(shù)的研究進(jìn)展，包括聲學(xué)換能器領(lǐng)域應(yīng)用的功能材料發(fā)展?fàn)顩r及基于這些材料的換能器新設(shè)計，所提及的材料包括磁致伸縮材料、弛豫鐵電材料、壓電復(fù)合材料、壓電聚合物材料及高溫壓電陶瓷材料等等，文章還概要介紹了一項應(yīng)用于聲學(xué)換能器領(lǐng)域的新技術(shù)——微機(jī)電(MEMS)技術(shù)及其換能器。
物理 2009年3期2009-05-21
- 超聲技術(shù)的基石
林書玉摘要超聲換能器是在超聲頻率范圍內(nèi)將交變的電信號轉(zhuǎn)換成聲信號或者將外界聲場中的聲信號轉(zhuǎn)換為電信號的能量轉(zhuǎn)換器件，它是超聲技術(shù)中的關(guān)鍵器件，其性能好壞直接關(guān)系到超聲應(yīng)用技術(shù)的效果和使用范圍，由于超聲技術(shù)的應(yīng)用范圍很廣，且超聲新技術(shù)層出不窮，因而與此對應(yīng)的超聲換能器的種類也很多，文章對不同應(yīng)用背景下多種類型超聲換能器的原理及設(shè)計進(jìn)行了闡述，分析了不同類型超聲換能器的性能參數(shù)及設(shè)計要求，簡要總結(jié)了超聲換能器的性能參數(shù)測試方法，并對超聲換能器的發(fā)展趨勢進(jìn)行了一
物理 2009年3期2009-05-21