复合管功率超声压电换能器的径向振动特性.pdf

第44卷第10期 机 械 工 程 学 报 Vo1．44No．10 2008年 10 』J CHINESEJOURNALOFMECHANICALENGINEERING Oct． 2008 Dol：10．3901／JME．2008．1O．239 复合管功率超声压电换能器的径向振动特性木 刘世清 姚 晔 f1．浙江师范大学数理与信息工程学院 金华 321004： 2．上海交通大学机械与动力工程学院 上海 200240) 摘要：在纵向复合压 电超声换能器基础上，提出并研究带预应力外壳的径向复合管压 电超声换能器的 向振动特性。换能器 由径向极化薄壁压 电陶瓷圆管与预应力金属圆管外壳径向复合而成。依据机电类 比原理，建立起复合系统的径向振动等效电 路，并给出其径向振动 振频率方程。结合数值计算例．探讨换能器的共振和反 振频率以及有效机电耦合系数与预应力圆 管半径 比之间的关系。设计制作 4个 向复合管乐电超声换能器样品，通过试验测量换能器径向振动共振和反共振频率。结 果表明，换能器径向共振频率的理论值与测量结果符合较好，误差小于5％。 关键词：管形压 电超声换能器 径向振动 频率方程 共振频率 反共振频率 中图分类号：0426．1 RadialVibrationCharacteristicsofCompositePipePowerPiezoelectric UltrasonicTransducer LIU Shiqingl YAO Ye2 (1．CollegeofMathematics，PhysicsInformationEngineering，ZhejiangNormalUniversity，Jinhua321004； 2．SchoolofMechanicalEngineering，ShanghaiJiaotongUniversitY,Shanghai200240) Abstract：Basedonthelongitudinalcompositepiezoelectricultrasonictransducer,theradialvibrationcharacteristicsofcomposite pipepowerultrasonictransducerwithpre—stressedmetalpipeshellarestudied．Theradialcompositepipeultrasonictransducer consistsofashortpiezoelectricceramicpipeandashortmetalpre—stressedpipeshel1．Basedontheelectromechanicalanalogy,the equivalentcircuitoftheradialcompositetransducerissetupandtheresonancerfequencyequationisderived．Therelationships amongtheresonancerfequency，theanti—resonancerfequency，theeffectiveelecrtomechanicalcouplingcoefficientandtheradius ratioofpre—stressedpipeareanalyzedanddiscussed．Bytestingtheresonanceandanti—resonancerfequenciesoffoursamplesof radialcompositepipepiezoelectricultrasonictransducer,itisshownthatthetheoreticalresonancerfequenciesagreewellwiththe measuredresultsandthee~orsarelessthan5％． Keywords：Pipepiezoelectricultrasonictransducer Radialvibration Frequencyequation Resonancerfeq