功率超声多频换能器的研究

摘要

频率是各种超声应用中的重要影响因素,根据半波振子理论,换能器谐振时,长度是波长的一半,换能器的频率只能在很小范围内变化,使其应用受到一定的限制,因此研究具有多个共振频率的多频换能器具有重要的现实意义.汪承灏等人研究了电负载对压电振动系统的影响,提出了压电调频的原理,然而对于多频扭转振动换能器的研究、多频换能器的电端匹配以及多频超声系统如何实现等尚未见报道,这方面的研究有待进一步深入.该文利用机电等效电路的方法,对纵振动多频换能器和扭转振动多频换能器的调频原理以及设计进行了研究,推导了纵振动以及扭转振动多频换能器的共振频率方程,并进行了实验验证,实验结果和理论计算符合较好.然后用导纳圆法对多频纵振动换能器的等效电路参.数进行测量,因为其动态支路参数变化较大,所以该文采用数字电感匹配网络对多频换能器的电端进行匹配.最后,提出了一个由单片机作为控制核心的多频超声系统实现方案,计算了相关部分的参数并进行了模拟实验,说明方案有一定的可行性.

目录

文摘

英文文摘

第一章引言

1.1多频超声换能器的研究现状

1.2多频超声换能器的应用

1.3本论文的研究任务

第二章多频纵振动夹心式换能器的研究

2.1接电负载压电细棒纵振动分析

2.2对称多频纵振动夹心式换能器的设计

2.3非对称多频纵振动夹心式换能器的设计

2.4共振频率的实验验证

2.5本章小结

第三章多频扭转超声换能器的研究

3.1接电负载压电圆管的扭转振动分析

3.2接电负载压电晶堆的扭转振动分析

3.3多频扭转夹心式换能器的设计

3.4可调高频扭转换能器的设计

3.5压电调频物理机理探讨

3.6本章小结

第四章多频夹心式换能器机电参数的测量

4.1换能器机电参数测量的原理

4.2多频超声换能器机电参数的测量

第五章多频超声换能器匹配电路的设计

5.1换能器匹配的一般原理

5.2多频超声换能器的电端匹配设计

5.3本章小结

第六章多频超声系统的实现

6.1多频超声系统的实现方案

6.2多频超声系统的实验模拟

6.3本章小结

总结

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果