《新型徑向複合壓電超聲換能器及其關鍵技術的研究》是依託浙江師範大學，由劉世清擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：新型徑向複合壓電超聲換能器及其關鍵技術的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉世清
- 依託單位：浙江師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
提出一種新型徑向複合大功率壓電超聲換能器系統。利用機電類比原理建立其徑向振動等效電路模型，並對其徑向振動特性進行研究。運用表觀彈性理論結合有限元方法研究換能器的徑長耦合振動對其徑向振動特性的影響。設計徑向力大小可調、可度量微液壓裝置測量徑向預應力對換能器振動特性參數的影響，實驗與理論結合找到換能器系統的最佳徑向預應力參數。在此基礎上設計出徑向力可調彈性脹套裝置，協同金屬管實現對柱面壓電陶瓷片施加內外雙向徑向預壓應力，解決目前徑向複合壓電超聲振動系統中施加徑向預應力這一關鍵技術問題，以大幅提高此類徑向複合壓電換能器的功率容量並改善其性能。進而對換能器在液體媒質中的聲輻射特性進行研究。.通過本項目研究，以期為此類徑向複合型大功率壓電超聲換能器建立較完整的理論及實驗模型，並為其工程設計及套用提供關鍵技術支持。
結題摘要
摘要：本項目在國家自然科學基金資助下，課題組成員團結合作，圓滿完成了項目研究的全部內容和任務，達到項目預期的研究目標。主要研究工作包括： 1、提出了一種新型的三元徑向複合壓電超聲換能器，利用彈性力學理論及機電類比原理，建立了換能器的徑向振動機電等效電路理論模型，給出了換能器工程設計的頻率方程。並對換能器的頻率特性、阻抗特性、機械品質因素、位移振幅、有效機電耦合係數以及機電轉換效率等機電特性進行了較全面系統的理論和實驗研究；探究了換能器的共振和反共振頻率以及有效機電耦合係數等特性參數與其幾何尺寸之間的相互依賴關係；並進行了有限元仿真分析。為此類徑向複合換能器的套用奠定了理論和實驗基礎。 2、研製了徑向力可調彈性脹套內芯，實現了換能器的冷裝配，並可隨意拆卸。為解決此類徑向複合壓電換能器的徑向預應力施加的關鍵技術問題提供了一條有效途徑。 3、對換能器的第1、2階徑向振動特性進行了研究。研究表明，換能器的第2階徑向共振優於第1階，（1）有效機電耦合係數更高；（2）位移振幅放大係數更大。（3）換能器中存在一條位移節線，當壓電陶瓷處於節線附近時，其有效機電耦合係數達極大值。特別地，採用第2階工作模式，可獲得一類低Q值、大尺寸、高頻大功率徑向振動超聲換能器。 4、研製了一系列徑向複合壓電換能器，通過實驗測試了其在水介質中的電聲效率接近70%，基本能滿足功率超聲套用的需要。此外，我們研製了直徑64 mm，長度900 mm的大尺寸徑向複合圓柱超聲換能器，其電功率可達10 kW以上。
