變厚度盤形徑-扭復合振動壓電超聲換能器研究.pdf

1、近些年，隨著超聲技術(shù)的發(fā)展，超聲換能器在工程領(lǐng)域的應用得到迅速地擴展，其結(jié)構(gòu)和振動模式也日益多樣化。其中，復合振動模式換能器因具有獨特的振動特性，在超聲外科手術(shù)、超聲電機、超聲拉管拉絲及切削加工等應用領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的前景。目前國內(nèi)外研究中，常見的有縱-扭、縱-彎、徑-扭、縱-徑等復合振動模式。
　　常見的實現(xiàn)超聲換能器復合振動模式的方式有兩種:一是選用兩種壓電晶片組作為驅(qū)動源，晶片分別采用不同的極化方式。工作中首先由晶片激勵生成兩

2、種不同方向的振動，然后兩種振動通過耦合作用實現(xiàn)換能器整體復合振動模式的輸出;另一種是采用單一振動的驅(qū)動單元，通過換能器蓋板的特殊結(jié)構(gòu)（如斜槽式、彎曲臂型），將單一振動模式分解或轉(zhuǎn)化為復合振動模式。
　　本文研究了一種變厚度盤形徑-扭復合振動壓電超聲換能器，它具有斜縫式變厚度盤形結(jié)構(gòu)，通過入射應力波在斜縫處的反射作用及反射波的徑向和切向分量相互耦合作用，把壓電圓盤的單一徑向振動轉(zhuǎn)換成換能器整體的徑-扭復合振動。采用等效電路法和有限元

3、法探討了其徑-扭復合振動的頻率特性和位移特性，詳細研究內(nèi)容如下:
　　(1)采用彈性波理論和等效電路原理，通過引入與斜角有關(guān)的徑向及扭轉(zhuǎn)振動轉(zhuǎn)換系數(shù)，得到其機電等效電路;并得到含斜角變量的共振頻率方程，試算了其共振頻率與斜角之間關(guān)系;
　　(2)借助ANSYS軟件的模態(tài)分析功能，得到換能器共振模態(tài)振型及質(zhì)點位移分布云圖，分析了徑-扭復合振動的共振頻率與斜縫幾何參數(shù)之間關(guān)系，探討了有效機電耦合系數(shù)及扭-徑位移比分別隨斜縫幾何參