振動模式轉換型全方位大功率超聲換能器的研究

《振動模式轉換型全方位大功率超聲換能器的研究》是依託陝西師範大學，由林書玉擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：振動模式轉換型全方位大功率超聲換能器的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：林書玉
• 依託單位：陝西師範大學

項目摘要

針對功率超聲以及水聲技術中對大功率全方位聲波輻射器日益增長的迫切需要，本項目提出一種振動模式轉換型大功率全方位輻射超音波換能器。該換能器是由傳統的縱向郎之萬功率超聲換能器、縱徑耦合振動的金屬圓管、以及產生縱向活塞式振動/彎曲振動的金屬圓盤三部分組成。項目的研究目的在於探討一種能夠在縱向和徑向同時產生大功率輻射的全方位聲波輻射器。首先從理論上探討此類新形換能器的解析設計理論，推導其耦合振動及縱彎振動模式轉換的機電等效電路及共振頻率方程。在此基礎上探討換能器的性能參數與其幾何尺寸及振動模態的依賴關係。其次，利用數值方法對換能器的耦合振動、縱彎振動模態轉換、頻率回響以及輻射聲場進行仿真，給出換能器的縱向、徑向振動位移分布和輻射聲場與其振動模態及負載阻抗之間的關係。最後，利用雷射測振儀及超聲C掃描系統等對換能器的機電等效參數、振動位移及輻射聲場進行實驗研究，為換能器的最佳化設計提供理論及實驗數據。

結題摘要

在功率超聲以及水聲技術中，振動系統的輸出功率以及振動系統的輻射聲波作用範圍是兩個比較重要的技術指標，因此相關的功率超聲以及水聲領域對大功率全方位聲波輻射器的迫切需求是日益增長的。本項目提出了一種振動模式轉換型大功率全方位輻射超音波換能器。該換能器是由傳統的縱向郎之萬功率超聲換能器、縱徑耦合振動的金屬圓管、以及產生縱向活塞式振動/彎曲振動的金屬圓盤三部分組成。項目的研究目的在於探討一種能夠在縱向和徑向同時產生大功率輻射的全方位聲波輻射器。本項目首先從理論上探討了此類新形換能器的解析設計理論，推導了其耦合振動及縱彎振動模式轉換的機電等效電路及共振頻率方程。在此基礎上探討了換能器的性能參數與其幾何尺寸及振動模態的依賴關係。其次，利用數值方法對換能器的耦合振動、縱彎振動模態轉換、頻率回響以及輻射聲場進行了模擬仿真，給出了換能器的縱向、徑向振動位移分布和輻射聲場與其振動模態及負載阻抗之間的關係。利用雷射測振儀及超聲C 掃描系統等對換能器的機電等效參數、振動位移及輻射聲場進行實驗研究，為換能器的最佳化設計提供理論及實驗數據。