大功率超声波振动系统分析与设计-控制理论与控制工程专业论文.docx

Dissertation Submitted to Hangzhou Dianzi University for the Degree of Master High Power Ultrasonic Vibration System Analysis and Design Candidate: Li Shuangshuang Supervisor: Prof. Xiaodong Zhao March，2015 杭州电子科技大学 学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明: 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得 的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过 的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名: 日期: 年 月 日 学位论文使用授权说明 本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规定，即:研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子科技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或 使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件， 允许查阅和借阅论文:学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其 它复制手段保存论文。(必威体育官网网址论文在解密后遵守此规定) 论文作者签名: 日期: 年 月 日 指导教师签名: 日期: 年 月 日 摘 要 在功率超声设备中，超声波振动系统起着将超声波发生器产生的高频高压电 能转变为机械能并直接作用于介质的关键作用。组成超声振动系统的换能器、变 幅杆和工具头的设计及优化，直接决定着超声波系统的应用效果。 论文首先综述了超声波系统国内外研究及应用现状，详细分析了功率超声波 振动系统的换能器、变幅杆以及工具头的类型和特性参数。对夹心式压电陶瓷换 能器进行了研究，分析了其等效电路及导纳图，并设计了一款谐振频率为 20K字掉 的 权 片式圆柱型换能器。接着进行了与这款换能器匹配的变幅杆设计，通过理论 计算得到变幅杆长度、面积系数等参数，并基于 坐N止轨止 有限元分析软件和 M坐正L坐B 软件对该变幅杆的设计进行了仿真验证。然后给出了包含工具头在内的整套超声 振动系统的 C坐D 结构图，并对各部分尺寸设计和安装方式进行说明。 论文研究了功率超声系统负载特性的变化对超声振动系统参数和超声作用 效果的影响。论文设计并模拟了负载温度、负载液位高度以及负载压力等因素发 生变化时的实验，根据实测实验数据得到了上述变化因素与换能器特性之间的对 应关系曲线，并深入分析了这些因素对换能器参数特性的影响。论文为进行超声 波发生器的频率跟踪和功率跟踪算法设计提供了理论指导及实验依据。 关键词：超声振动系统，换能器，变幅杆，负载特性，有限元分析 I ABSTRACT Ultrasonic vibration system plays a key role in power ultrasonic equipment, which transfers the high frequency and high voltage electrical energy of ultrasonic generator into mechanical energy. Ultrasonic vibration system is composed of transducer, amplitude amplifier pole and toolhead. Design and optimization of these components directly determines the application effect of the ultrasonic system. The ultrasonic system research and application status at home and abroad are firstly reviewed. The types and characteristics of the transducer, amplitude amplifier pole and toolhead of the power ultrasonic vibration system are analyzed. Equivalent circuit and the admittance chart of sandwich piezoelectric ultrasonic transducer are studied and a 4-chip column transducer