新型大功率壓電陶瓷超聲振動系統的研究

《新型大功率壓電陶瓷超聲振動系統的研究》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：新型大功率壓電陶瓷超聲振動系統的研究
• 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

本項目對目前功率超聲技術中急需的大功率壓電陶瓷超聲換能器系統進行研究。第一，對傳統的縱向夾心式壓電陶瓷換能器的多維耦合振動進行研究，通過最佳化換能器的幾何尺寸和振動模式，實現換能器中縱向振動模式和徑向振動模式的相互強烈耦合，以達到換能器的大功率輸出。第二，提出一種新型的徑向振動夾心式壓電陶瓷大功率複合超聲換能器，從理論上探討此類換能器的機電等效電路，在此基礎上，得出換能器的共振頻率設計方程。探討徑向複合超聲換能器的幾何尺寸及徑向預應力對其共振頻率、振動模態、輻射功率以及有效機電耦合係數的影響；同時對此類換能器的負載能力及徑向振動分布進行研究，以實現其最佳化設計。第三，對縱彎模式轉換型彎曲振動圓形及矩形超聲輻射器進行研究，探討此類超聲輻射器的共振頻率、振動模態、有效機電耦合係數及輻射功率與其幾何尺寸及負載特性之間的依賴關係，為研製大尺寸高功率超聲輻射器奠定基礎。

結題摘要

本項目對目前功率超聲技術中急需的大功率壓電陶瓷超聲換能器系統進行了較為系統的研究。主要研究內容包括三方面。第一，對傳統的縱向夾心式壓電陶瓷換能器的多維耦合振動進行了研究，通過最佳化換能器的幾何尺寸和振動模式，實現換能器中縱向振動模式和徑向振動模式的相互強烈耦合，以達到換能器的大功率輸出。第二，提出了一種新型的徑向振動夾心式壓電陶瓷大功率複合超聲換能器，利用解析法得出了此類換能器的機電等效電路，在此基礎上，得出了換能器的共振頻率設計方程。探討了徑向複合超聲換能器的幾何尺寸對其共振頻率、振動模態、輻射功率以及有效機電耦合係數的影響；同時對此類換能器的負載能力及徑向振動分布進行研究，並對其進行了最佳化設計。第三，對縱彎模式轉換型彎曲振動圓形及矩形超聲輻射器進行了研究，探討了此類超聲輻射器的共振頻率、振動模態、有效機電耦合係數及輻射功率與其幾何尺寸及負載特性之間的依賴關係，為研製大尺寸高功率超聲輻射器奠定了基礎。 本項目的研究對象相對於傳統的縱向振動夾心式壓電陶瓷超聲換能器是一種新型的大功率超聲振動系統。其研究成果相對於傳統的超聲換能器設計理論是一種改進和創新，對於發展新型的大功率超聲換能器、改善現有超聲套用技術的作用效果、開發新的超聲技術套用領域具有理論指導意義和實際套用價值。 本項目基本上按原定計畫進行,並取得了預期的研究成果。除此以外，根據國內外在該研究領域的發展狀況及本項目組的實際情況，在相關的研究方向上適當增加了一些研究內容，如空化液體介質中的聲傳播等研究內容。 截止目前為止，本項目共發表學術論文23篇，其中SCI源期刊論文12篇，EI收錄期刊論文11篇；申請並獲得授權發明專利2項。 本項目所研究的新型大功率換能器可作為水聲以及超聲技術中的大功率發射器，在聲納技術、超聲化學、超聲提取等超聲液體處理技術中獲得套用。