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压电换能器在串并联谐振频率附近的特性研究
第23卷第3期 纺 织 高 校 基 础 科 学 学 报 vo1.23,N0.3
2010年9月 BASICSCIENCESJOURNALOFTEXTILEUNIVERSITIES Sept.,2010
文章编号:1006-8341(2010)03-0368-04
压 电换能器在 串并联谐振频率附近的特性研究
郭林伟
(榆林学院 能源工程学院,陕西 榆林719000)
摘要:研究了压电换能器在 串、并联谐振频率附近工作时的特性.采用等效电路变换的方法,推导
出了换能器在串联、并联谐振频率附近时,串联、并联匹配电感参数以及有功电阻的表达式.结果
表明电感匹配可以提高有效机电耦合系数.
关键词:压电换能器;谐振频率;匹配电感;有效机 电耦合系数
中图分类号:TB559 文献标识码 :A
压电换能器的振动模式有许多种Ⅲ.对于任一振动模式的换能器,都具有6个特征频率,这6个特征频率在
一 定的精度范围内,有一级近似关系,即 一 一厂d 厂p;否则无等值关系.换能器在实际应用时,这6个
特征频率中,只有串联谐振频率 和并联谐振频率 不能直接用仪器测量出,但换能器工作时的频率大都选择
在 或 附近,因为换能器工作在 或厂p时,处于谐振状态,振动振幅大,有利于能量输出.有关 与厂p的测量方
法的文献较多 ,本文主要对压电换能器工作在 或厂p处的性能及其匹配进行研究
1 压电换能器谐振频率特性
一 般情况下压电换能器在谐振频率附近工作的等效电路图如图I(a)所示,其中c0为并联电容;R 为
换能器机械损耗的动态电阻;C为换能器动态电容;L1为换能器动态电感.换能器的电端阻抗z=R+j
C R1
R = (1)
CL +Gc[GcR;一2(Co+C)厶] +(c0+C) ’
Cl(CIL1∞ 一I)一Co{C1[c1R +L1(c1Ll 一2)]∞ +1}
X = (2)
+CoC1[CoC1R 一2(Co+C1)1]∞ +(Co+C1)∞’
Zf= 、 : C1[ClR +L1(C1Ll 一2)] +I
(3)
∞6+CoC1[CoC1R 一2(Co+C1)L1] +(co+C1)22’
= arc n 簧=a…t{ ). (4)
其中 为阻抗角,∞=2 为激励信号的圆频率.式 (2)所描述的电抗曲线见图1(b).如果以R为横坐
标,X为纵坐标,以频率 为 自变量在平面内作图,就可以得到压电换能器的阻抗圆,见图1(c),利用阻抗
收稿 日期:2010-06—10
基金项 目:陕西省教育厅项 目
作者简介:郭林伟 (1976-),女,陕西省米脂县人,榆林学院讲师,硕士。E.mail:gu nwei20o0@163.com
第 3期 压电换能器在串并联谐振频率附近的特性研究 369
圆可以直观得到串联、并联谐振频率附近的一些特性.
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