项目名称: 纵径耦合多频夹心式压电功率换能器的研究

项目编号: No.11474192

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 胡静

作者单位: 陕西师范大学

项目金额: 88万元

中文摘要: 本项目提出一种新型的纵径耦合多频夹心式压电功率换能器,该换能器由纵径尺寸接近的金属圆管与径向极化的压电陶瓷圆管在径向复合而成。第一,从表观弹性法原理出发,用解析法研究得出各组成部分做纵径耦合振动的机电等效电路,进而得到该换能器机电等效电路及共振频率方程。探讨换能器的谐振频率、有效机电耦合系数等与几何尺寸间的相互关系。第二,利用数值法,对换能器的振动模态进行数值模拟和仿真,探讨耦合振动频率特性与其几何尺寸相互关系,对换能器在不同频率下的性能参数进行探讨及优化,以期实现换能器多频及大功率辐射。第三,设计加工换能器,对换能器的频率特性、负载特性、位移、声场分布等进行测试和分析;综合解析、数值分析及实验结果,得到实现多频大功率换能器的优化设计方案。本项目研究成果相对于传统的换能器设计理论是一个完善和革新,为此类换能器的设计奠定理论基础,对超声新技术的发展具有推动和促进作用。

中文关键词: 纵径耦合;等效电路;共振频率;径向极化;夹心换能器

英文摘要: In this project,we proposed a new type of longitudinal-radial coupling multifrequency sandwich piezoelectric power transducer. The radial composite piezoelectric transducer consists of metal circular tube and radial polarization piezoelectric ceramic pipe. It's longitudinal size close to diameter size. Firstly, using analytical method based on the apparent elasticity principle,the electromechanical equivalent circuit of the longitudinal radial vibration mode is obtained.Then, the resonance frequency equation of the transducer is also obtained. The relationship between the resonant frequency and the geometry size will be studied, at the same time, the relationship between effective electromechanical coupling coefficient and the geometry size will be studied. Secondly, the transducer vibration modal is studied by using numerical simulation mothod. The relationship between frequency characteristic and geometric sizes is discussed. The performance parameters and the parameters optimization in different frequencies are discussed in order to realize transducer working in multiple frequence ang high power condition. Thirdly, the transducer will be designed and machininged according to theoretical calculating results. The frequency characteristics, load characteristics, displacement, the acoustic field distribution of the transducer will be tested and analyzed. The optimized design scheme of the power transducer will be proposed based on the numerical analysis and experimental results. The expected research results will be innovation and perfection for design theory of the transducer, and will establish a theoretical basis for this kind of transducer's design. Meanwhile, the research results will has a promotion effect for developping the new ultrasonic techniques.

英文关键词: longitudinal-radial coupling;equivalent circuit;resonant frequency;radial polarization;sandwith transducer

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