管形径向复合压电超声换能器及其频率方程.pdfVIP

学兔兔 第49卷第 9期 机 械 工 程 学 报 VO1．49 NO．9 2013年 5月 JOURNAL0FMECHANICALENGINEERING M ay 2013 DoI：10．3901，JM E．2013．09．049 管形径向复合压电超声换能器及其频率方程木 徐 洪 刘世清2 f1．浙江师范大学工学院 金华 321004； 2．浙江师范大学应用声学研究所 金华 321004) 摘要：对管形径向复合压电超声换能器的径向振动特性进行研究。该换能器由金属预应力管、弹性胀套内芯及柱面压电陶瓷 环组径向复合而成。基于弹性力学理论及机电类比原理，推导出复合换能器的径向振动机电等效电路及其共振频率方程。探 讨换能器径向共振频率、反共振频率及有效机 电耦合系数随其几何尺寸的变化关系。研究表明，换能器的一阶径向共振频率 随其内芯内径及预应力管壁厚度增大而降低，有效机电耦合系数随内芯内径增大而减小，而随其外部预应力管壁厚度增加存 在极大值。理论与试验结果符合较好。 关键词：复合压电换能器 径向振动 机电等效电路 频率方程 中图分类号：0426 TubularRadialCompositePiezoelectricUltrasonicTransducer andItsFrequencyEquation xu Hong LIU Shiqing (1．CollegeofEngineering，ZhejiangNormalUniversity,Jinhua321004； 2．AppliedAcousticsInstitute，ZhejiangNomralUniversiyt,Jinhua321004) Abstract：A new kindoftubularradialcompositepiezoelectricultrasonicrtansduceriSpresentedandsutdied．Thertna sduceriS consistedofna outermetalprestressutbe，ametalexpna dableinnercoreandaringgroupofcylindricalpiezoelectricceramicslice， which rae composited in theradialdirection．Basedon hteelasticmechnaicstheoryna dhte electromechanicalna alogy,hte electromechanicalequivalentcircuitofaringgroupofcylindricalpiezoelectricceramicinquasi-hticknessvibrationisobtained．Th e radialvibrationequivalentcircuitna dhteresonnacerfequencyequationofhtetubulra radialcompositepiezoelectricrtnasducerrae derived．Th erelationshipbetweentheresonanceandanti—resonancerfequency,hteeffectiveelectro—mechnaicalcouplnigcoefficient andhtegeometricaldimensionsofhtertansducerisnaalyzed．Itisillusrtatedhtatthefirstorderradialresonancerfequencyofhte rtna sducerraedecreasedwithhteinnerdima eterofhteinn er