圓板型壓電振子機械調頻方法的研究.pdf

1、近些年，由于壓電陶瓷具有的正逆壓電效應，能夠實現(xiàn)電能、機械能、聲能等多種類型能量之間的相互轉化，已經被廣泛用于制作成各種用途的換能器。所以對壓電換能器的研究得到了國內外的高度重視。不同的換能器根據應用場合的不同都有相應的技術指標，而諧振頻率是各類換能器共同的也是最為重要的技術參數。只有在諧振狀態(tài)下，換能器能量的轉換效率才能達到最大。諧振頻率的大小又影響各類換能器的工作性能。對于某些特定的換能器，如果能夠調節(jié)它的諧振頻率，那么將擴大該換能

2、器的應用范圍。因此，有必要研究如何調節(jié)壓電陶瓷振子的諧振頻率。
　　根據彈簧質量振動系統(tǒng)諧振頻率的基本模型，決定其諧振頻率的主要參數有兩個，即剛度和質量，因此本文將從剛度和質量兩個方面入手，開展調節(jié)振子諧振頻率的實現(xiàn)方法的研究。
　　決定壓電振子剛度特性的因素除振子本身的材料、構型及尺寸等參數外，約束條件是最重要的因素。從頻率調節(jié)的技術可實現(xiàn)性角度考慮，約束條件中的約束剛度又取決于約束強度和約束位置。根據這一原理設計了能夠調

3、節(jié)剛度的結構，并建立有限元模型。經過研究，改變約束的大小即為讓模型有初始應力，然后進行有預應力的模態(tài)分析，得到當前對應的諧振頻率和振型，記錄結果畫出曲線，得到諧振頻率的變化趨勢。再加工實物進行實驗研究，驗證仿真結果的正確性。
　　考慮到振動系統(tǒng)本身結構部分的質量保持不變，因此采用附加質量的方法調節(jié)振動系統(tǒng)的質量。為了實現(xiàn)質量的連續(xù)性變化，提出了附加液體的方法。在這一基礎上選用膜盒這一元件。將壓電振子粘在膜盒表面，帶動膜盒及其腔內液

4、體一起震動。而由于膜盒具有受壓膨脹的特點，通過調節(jié)注射到它內部液體的質量，即可改變整個振動系統(tǒng)的質量。因此又設計了符合要求的液體流道以及注射器的夾具及推進裝置，同時用壓力表檢測系統(tǒng)內部的壓力。最后得到諧振頻率與質量變化之間的關系以及諧振頻率與系統(tǒng)內部壓力之間的關系。
　　通過以上兩種方法的仿真分析及實驗研究，得出了以下幾點結論。壓電振子的諧振頻率隨其約束強度的增大而增大，約束強度的增大又會阻礙壓電振子的自由振動，當約束強度增大到一