大功率高指向性弯曲振动辐射体

摘要

因压电材料的声阻抗与空气的声阻抗严重失配(相差5个数量级),压电换能器向空气中辐射超声波效率极低.目前为止,一般有三种途径可提高换能器向空气中辐射声波的效率:一是采用多层结构匹配技术;二是设计高、低声阻抗材料相组合的换能器;三是利用弯曲振动阻抗低的特性向空气中辐射声波.有些换能器用于超声检测,有些则可应用于大功率超声.从声功率与电功率类比出发，得到弯振圆盘辐射体的声功率，以盘中心点的振速或盘上的平均振速为参考点，推导得到辐射阻抗的表达式。结合固定边界、简支边界和自由边界的频率方程，利用高斯数值积分方法，计算得到各边界条件对应的辐射阻抗。节线数目较少时，自由边界的弯振圆盘辐射阻抗最小，固定边界的次之，简支边界的最大;节线数目较多时，三种边界条件下的辐射阻抗数值相差不大;当节线数目增加时，辐射阻和抗的值均减小，且节线数目越多，辐射阻和抗的值越小。