文章编号 :1001 3857( 2002) 02 0029 06夹心式功率超声压电换能器负载特性研究
林书玉
(陕西师范大学应用声学研究所 ,陕西西安 710062)
摘 要 :在等效电路理论的基础上 ,对大功率夹心式压电超声换能器的负载特性进行
了研究 .重点讨论了两种常用的负载 ,即超声清洗等液体处理技术中的液体负载以及
用于超声加工和超声钻孔等技术中的固体负载 .探讨了负载对换能器共振频率的影
响 .结果表明 ,对于液体介质 ,当液面的高度在一定范围内增大时 ,换能器的共振频率
会降低 .当液体负载横截面积增大时 ,液面高度对换能器共振频率的影响增大 .对于
固体负载 ,当超声加工工具的长度减小时 ,换能器振动系统的共振频率升高 .当超声
加工工具的横截面积较小时 ,工具长度对换能器振动系统频率的影响很小 .
关键词 :大功率夹心式换能器 ;负载 ;共振频率
中图分类号 :Ｏ426 2 文献标识码 :Ａ
在功率超声领域 ,夹心式压电超声换能器的应用比较广泛 ,原因在于此类换能器的电声效
率高、功率容量大以及换能器结构和形状可以根据不同的应用分别进行设计 ,使用者可以针对
不同的应用 ,对换能器的不同参数 ,如电声效率、输入阻抗、前后振速比以及频带宽度等分别进
行优化设计 .
夹心式压电超声换能器主要由三部分组成 ,即压电陶瓷元件、金属后盖板以及与负载直接
接触的金属前盖板 .通常换能器的金属后盖板是直接与空气接触的 .对于不同的超声应用 ,如
超声清洗以及超声焊接等 ,换能器前后金属盖板的形状是不相同的 ,常用的形状有阶梯型、圆
锥型、指数型、双曲线型以及复合型等 .换能器的优化设计 ,就是针对不同的应用对换能器的形
状和尺寸等加以统筹考虑 ,以实现某一参数的最优化[1～ 3].换能器的负载阻抗影响换能器的性
能 .然而 ,由于换能器的负载阻抗极为复杂且不易确定 ,因此 ,关于换能器负载特性的研究报道
很少[4～ 6].鉴于这一原因 ,本文对换能器的负载特性进行研究 ,重点研究两种负载 ,即液体负载
和固体负载 ,而这两种负载基本上代表了功率超声技术中涉及到的各种实际负载 .
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