大功率夹心式压电换能器结构参数计算分析及设计 被引量：5

1

作者 王晨青 马建敏 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2021年第4期130-137,220,共9页

基于一维纵振理论和机电等效原理,得到了单匹配层夹心式压电换能器辐射声压级的计算公式,通过该公式对换能器结构参数对其谐振频率和辐射声压级(sound pressure level,SPL)的影响进行了计算分析。计算结果表明:换能器径向尺寸对谐振频... 基于一维纵振理论和机电等效原理,得到了单匹配层夹心式压电换能器辐射声压级的计算公式,通过该公式对换能器结构参数对其谐振频率和辐射声压级(sound pressure level,SPL)的影响进行了计算分析。计算结果表明:换能器径向尺寸对谐振频率的影响不大,但前盖板径向尺寸的增大会提高辐射声压级;纵向尺寸的增大会使换能器系统谐振频率降低,但增加前盖板厚度,或增大前后盖板厚度比,有利于辐射声压级的提高;增加压电晶片的片数、厚度和面积都可使换能器辐射声压级提高;换能器发射端增加匹配层能有效提高辐射声压级,匹配层的厚度和密度对声压级幅值和带宽有影响。依据计算结果,进行了给定指标要求的换能器的设计计算。 展开更多

关键词 夹心式换能器 机电等效 结构参数 匹配层 辐射声压级(SPL)

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纵弯模式转换开缝圆管压电超声换能器 被引量：3

2

作者 李凤鸣 刘世清 +3 位作者 许龙 张海岛 曾小梅 陈赵江 《中国科学：物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2023年第11期194-205,共12页

本文提出一种新型的纵弯模式转换开缝圆管压电超声换能器,该换能器由夹心式压电超声换能器、变幅杆和开缝圆管辐射器三部分组成.其中开缝圆管辐射器由圆管沿轴向等分切割成若干弧形片,两端为半径相等的薄圆盘端盖.本文基于Timoshenko梁... 本文提出一种新型的纵弯模式转换开缝圆管压电超声换能器,该换能器由夹心式压电超声换能器、变幅杆和开缝圆管辐射器三部分组成.其中开缝圆管辐射器由圆管沿轴向等分切割成若干弧形片,两端为半径相等的薄圆盘端盖.本文基于Timoshenko梁理论与机电类比原理,建立了均匀弹性杆弯曲振动和超声换能器整体的机电等效电路及共振频率方程.利用等效电路法、有限元法和实验测试对换能器的振动特性进行了研究,结果表明,通过新型的结构设计和利用纵向振动夹心式压电超声换能器可有效激发开缝圆管辐射器的两端盖产生低阶纵向弯曲振动,弧形片产生高阶横向弯曲振动,从而实现高效率、均匀和全方位的超声辐射.研究成果有望在超声污水处理、超声除藻和超声化学反应等大容量液体超声处理技术中获得应用. 展开更多

关键词 TIMOSHENKO梁理论 模式转换 弯曲振动 机电等效电路

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二维正交复合夹心式压电环形换能器的振动特性 被引量：3

3

作者 杜耀东 许龙 周光平 《中国科学：物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2021年第11期92-101,共10页

提出了一种新型二维正交复合夹心式压电环形换能器.换能器由内部二维正交复合夹心式压电激励源及中心锥形弹性膨胀预应力螺栓和外部金属圆环复合而成.建立了换能器的机电等效电路模型并推导了其共振与反共振频率方程.利用等效电路法、... 提出了一种新型二维正交复合夹心式压电环形换能器.换能器由内部二维正交复合夹心式压电激励源及中心锥形弹性膨胀预应力螺栓和外部金属圆环复合而成.建立了换能器的机电等效电路模型并推导了其共振与反共振频率方程.利用等效电路法、有限元法和实验测试对换能器的纵径耦合振动性能进行了研究,结果表明:通过新型的结构设计和利用内部正交复合夹心式压电激励源的正交同相纵向共振可有效激发外部金属圆环4阶径向波节模式振动,从而实现换能器的径向全方位超声辐射.研究成果有望在高功率超声液体处理和声呐技术中获得应用. 展开更多

关键词 环形压电换能器 机电等效电路 有限元仿真

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切向极化同轴压电陶瓷圆片堆的扭转振动研究 被引量：1

4

作者 林书玉 《压电与声光》 CSCD 北大核心 1994年第6期47-51,共5页

利用压电陶瓷的压电及运动方程。研究了切向极化压电陶瓷细棒及同轴压电陶瓷堆的扭转振动。推出了单一压电陶瓷细棒扭转振动的机电等效图及其输入电阻抗。并得出了其频率方程。在此基础上，利用四端网络理论，研究了切向极化同轴压电陶... 利用压电陶瓷的压电及运动方程。研究了切向极化压电陶瓷细棒及同轴压电陶瓷堆的扭转振动。推出了单一压电陶瓷细棒扭转振动的机电等效图及其输入电阻抗。并得出了其频率方程。在此基础上，利用四端网络理论，研究了切向极化同轴压电陶瓷圆片堆的扭转振动特性，并得出了其网络方程及机电等效图。文中还给出了截面扭转系数以及压电陶瓷细棒扭转振动的机电耦合系数等概念。 展开更多

关键词 切向极化 压电陶瓷 扭转振动 研究

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径向穿孔超声变幅杆纵振特性的有限元分析 被引量：2

5

作者 麻磊磊 刘世清 《浙江师范大学学报（自然科学版）》 CAS 2020年第3期264-268,共5页

为解决大功率超声换能器的发热问题,对径向穿孔变幅杆的纵向振动特性进行了研究.利用有限元数值仿真方法探讨了穿孔深度、孔径及穿孔数量对变幅杆共振频率的影响,以及有无穿孔情况下其轴上位移振幅及振速的分布.结果表明:一端穿孔使得... 为解决大功率超声换能器的发热问题,对径向穿孔变幅杆的纵向振动特性进行了研究.利用有限元数值仿真方法探讨了穿孔深度、孔径及穿孔数量对变幅杆共振频率的影响,以及有无穿孔情况下其轴上位移振幅及振速的分布.结果表明:一端穿孔使得变幅杆谐振频率增大,节面穿孔使得变幅杆谐振频率降低,且基频频率仿真结果和理论计算结果的相对误差随穿孔数量、孔径及穿孔深度的增加而减小;不同位置穿孔对等截面及变截面变幅杆位移及振速放大系数影响均不大,且均对变幅杆节面位置影响很小;一端穿孔的变幅杆可获得更高的振动位移及振速;数值计算与有限元仿真结果较好吻合.此结果将有利于散热型大功率超声换能器的研究. 展开更多

关键词 变幅杆 径向穿孔 纵向振动 机电等效电路 共振频率 位移及振速放大系数

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基于双向机械式整流装置的发电地砖结构设计与仿真分析 被引量：1

6

作者 庞杰 何易卓 方志刚 《节能》 2022年第7期43-48,共6页

为解决小型用电设备供电问题,通过分析现有对发电地砖的相关研究,设计了一种基于双向机械式整流装置的机械电磁式发电地砖,以回收地砖顶板上下移动产生的动能。根据机电相似原理建立了发电地砖的仿真模型,在Matlab/Simulink中进行了仿... 为解决小型用电设备供电问题,通过分析现有对发电地砖的相关研究,设计了一种基于双向机械式整流装置的机械电磁式发电地砖,以回收地砖顶板上下移动产生的动能。根据机电相似原理建立了发电地砖的仿真模型,在Matlab/Simulink中进行了仿真分析,分析了回位弹簧刚度和负载电阻对系统输出功率以及能量回收率的影响,并对刚度和电阻值进行了优化。结果表明:在所得最优条件下,系统的平均输出功率为4.4 W,能量回收效率为68.25%,证明了该发电地砖具有较高的使用价值。 展开更多

关键词 能量回收 发电地砖 机械整流 机电相似模型

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超声波电机夹心式定子结构含损耗机电等效电路建模与分析 被引量：1

7

作者 董晓霄 黄肖肖 +1 位作者 夏博 袁越 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2022年第22期5756-5764,共9页

Langevin夹心式结构被广泛应用于超声波电机定子结构设计中,其压电振子工作于厚度方向振动模态,现有等效电路模型由于没有充分考虑压电振子固有损耗特性,因此无法实现对机械品质因数的准确评估。为此,该文首先建立压电振子含三类损耗的... Langevin夹心式结构被广泛应用于超声波电机定子结构设计中,其压电振子工作于厚度方向振动模态,现有等效电路模型由于没有充分考虑压电振子固有损耗特性,因此无法实现对机械品质因数的准确评估。为此,该文首先建立压电振子含三类损耗的解耦机电等效电路模型,研究压电振子三类固有损耗对机械品质因数的影响规律;再进一步建立Langevin夹心式结构的机电等效电路模型,分析材料特性参数和结构参数对于共振频率、反共振频率和有效机电耦合系数等关键性能指标的影响。最后制作Langevin夹心式结构性样机,并分别对其阻抗-频率特性和振动特性进行测试,通过实验结论证实理论模型的准确性。该研究通过揭示压电振子固有损耗对其输出特性的差异性影响规律,为设计具有高机械品质因数的振子结构,并进一步开发高性能超声波电机提供理论支撑。 展开更多

关键词 超声波电机 Langevin结构 机电等效电路 损耗

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1-3-2压电复合材料机电理论分析和频率仿真

8

作者 李洋 王宏伟 +1 位作者 于肇贤 夏丽莉 《压电与声光》 CAS 北大核心 2023年第3期419-424,共6页

该文研究了1-3-2压电复合材料的厚度振动谐振频率与尺寸的关系。应用压电学和弹性动力学理论建立了机电等效图,对1-3-2压电复合材料的厚度振动模态进行了机电理论分析,并对其谐振频率进行了计算。利用有限元仿真软件分析了在厚度振动模... 该文研究了1-3-2压电复合材料的厚度振动谐振频率与尺寸的关系。应用压电学和弹性动力学理论建立了机电等效图,对1-3-2压电复合材料的厚度振动模态进行了机电理论分析,并对其谐振频率进行了计算。利用有限元仿真软件分析了在厚度振动模态下,1-3-2压电复合材料谐振频率、反谐振频率与尺寸变化的关系。结果表明,纵向尺寸比变大时,频率曲线呈下降趋势;横向尺寸比变大时,频率曲线呈上升趋势;横纵尺寸比变大时,频率曲线呈缓慢下降趋势;基底厚度变大时,频率曲线呈先减小后增大趋势。4种情况中,纵向尺寸比对于整体的谐振和反谐振频率影响最显著。 展开更多

关键词 1-3-2压电复合材料 厚度振动 机电等效图 有限元仿真 谐振频率

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基于机电等效网络的压电变压器建模测试与实验性能分析

9

作者 简越 李东杰 +1 位作者 曹玉琳 汪能 《电子器件》 CAS 北大核心 2019年第1期120-125,共6页

航天、武器系统的点火设施当中常采用脉冲功率技术产生强电流脉冲信号,而该脉冲信号的产生依赖于高压变换器的存在。新型的压电陶瓷变压器不同于以往的绕线式电磁高压变换器,具有抗电磁干扰能量、高转换效率、小体积、轻重量等优点。因... 航天、武器系统的点火设施当中常采用脉冲功率技术产生强电流脉冲信号,而该脉冲信号的产生依赖于高压变换器的存在。新型的压电陶瓷变压器不同于以往的绕线式电磁高压变换器,具有抗电磁干扰能量、高转换效率、小体积、轻重量等优点。因此对压电陶瓷变压器进行性能研究具有较高战略意义。围绕Rosen型压电陶瓷变压器,从机电等效网络的角度切入,推导其等效电路模型,并进行了性能试验测试。基于该推导模型进行了实验电路搭建并完成了负载充电实验,结果显示良好。 展开更多

关键词 脉冲功率技术 压电变压器 机电等效网络 等效电路模型

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管形径向复合压电超声换能器及其频率方程 被引量：1

10

作者 徐洪 刘世清 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第9期49-54,共6页

对管形径向复合压电超声换能器的径向振动特性进行研究。该换能器由金属预应力管、弹性胀套内芯及柱面压电陶瓷环组径向复合而成。基于弹性力学理论及机电类比原理,推导出复合换能器的径向振动机电等效电路及其共振频率方程。探讨换能... 对管形径向复合压电超声换能器的径向振动特性进行研究。该换能器由金属预应力管、弹性胀套内芯及柱面压电陶瓷环组径向复合而成。基于弹性力学理论及机电类比原理,推导出复合换能器的径向振动机电等效电路及其共振频率方程。探讨换能器径向共振频率、反共振频率及有效机电耦合系数随其几何尺寸的变化关系。研究表明,换能器的一阶径向共振频率随其内芯内径及预应力管壁厚度增大而降低,有效机电耦合系数随内芯内径增大而减小,而随其外部预应力管壁厚度增加存在极大值。理论与试验结果符合较好。 展开更多

关键词 复合压电换能器 径向振动 机电等效电路 频率方程

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双激励十字型斜槽式纵扭复合振动压电超声换能器的设计

11

作者 张丹 许龙 +1 位作者 张海岛 高敏 《中国计量大学学报》 2022年第2期197-203,共7页

目的:设计一种双激励十字型斜槽式纵扭复合振动压电超声换能器,以解决传统一维纵扭复合振动换能器振动方向单一的问题。方法:利用等效电路法得到了双激励十字型斜槽式纵扭复合振动压电超声换能器的机电等效电路及共振频率方程;利用有限... 目的:设计一种双激励十字型斜槽式纵扭复合振动压电超声换能器,以解决传统一维纵扭复合振动换能器振动方向单一的问题。方法:利用等效电路法得到了双激励十字型斜槽式纵扭复合振动压电超声换能器的机电等效电路及共振频率方程;利用有限元法对双激励十字型斜槽式纵扭复合振动压电换能器的相关性能参数进行计算。结果:等效电路法计算得到的换能器共振频率与数值仿真结果基本一致,相对误差介于2.44%-4.13%之间。有限元法计算了换能器的斜槽参数与共振频率、扭纵比之间的关系。结论:本文为双激励十字型斜槽式纵扭复合振动压电超声换能器的工程设计提供了基础理论参考。 展开更多

关键词 压电超声换能器 复合振动 机电等效电路

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宽带高灵敏水声换能器的研究 被引量：1

12

作者 苏晋涛 王宏伟 《压电与声光》 CAS 北大核心 2023年第5期759-768,共10页

为了提升声纳系统的探测性能,该文从扩展水声换能器带宽和提高灵敏度两方面出发,研制了一种“金字塔”结构的宽带高灵敏水声换能器,并选择单金属板空气柱型压电材料作为宽带高灵敏换能器的有源材料。对敏感元件进行机电等效分析和有限... 为了提升声纳系统的探测性能,该文从扩展水声换能器带宽和提高灵敏度两方面出发,研制了一种“金字塔”结构的宽带高灵敏水声换能器,并选择单金属板空气柱型压电材料作为宽带高灵敏换能器的有源材料。对敏感元件进行机电等效分析和有限元仿真,获得压电材料尺寸的优选范围。根据多模耦合理论设计了“金字塔”型的换能器敏感元件结构。通过建立换能器的制作工艺流程,研制出宽带高灵敏换能器样机。测试结果表明,发送电压响应最高为182.9 dB,发射带宽为170 kHz,接收灵敏度最高达到-173.7 dB,接收带宽为110 kHz,-6 dB波束开角为8.1°。 展开更多

关键词 宽带 高灵敏 机电等效 水声换能器 制备工艺 压电材料

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厚度极化薄圆片压电换能器的瞬态响应

13

作者 法林 刘栋宁 +5 位作者 梁蕊 王宝妮 王艺美 史贵全 李玉霞 赵梅山 《西安邮电大学学报》 2023年第1期37-49,共13页

针对以往声学测量中更多考虑声波传播情况,忽略激励信号与换能器能量转换对测量声信号影响的问题,对不同信号激励下换能器的瞬态响应进行了研究。联立薄圆片压电换能器的运动方程与压电方程,建立了换能器的机-电等效电路。利用留数定理... 针对以往声学测量中更多考虑声波传播情况,忽略激励信号与换能器能量转换对测量声信号影响的问题,对不同信号激励下换能器的瞬态响应进行了研究。联立薄圆片压电换能器的运动方程与压电方程,建立了换能器的机-电等效电路。利用留数定理推导出了厚度极化薄圆片压电换能器的电-声/声-电冲激响应和传输函数。基于傅里叶变换以及叠加定理建立了并行传输网络模型,用于描述换能器的电-声和声-电转换过程。仿真结果表明,正弦信号激励下换能器的输出结果为一个静止到稳态正弦振动的子波,门选正弦信号激励下换能器的输出信号呈周期性振荡,换能器的输出信号受激励信号与换能器能量转换的影响。 展开更多

关键词 薄圆片压电换能器 并行传输 机电等效 声学测量

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直驱永磁同步风力发电机的等效建模 被引量：16

14

作者 肖园园 李欣然 +2 位作者 张元胜 马亚辉 徐振华 《电力系统及其自动化学报》 CSCD 北大核心 2013年第1期12-17,28,共7页

直驱永磁同步风力发电机(directly driven wind turbine with permanent magnet synchronous generator,D-PMSG)是分布式电源中的主要发电机型。通过分析D-PMSG的工作机理和运行特性;结合双环控制及功率追踪策略,分别构建了D-PMSG及含有... 直驱永磁同步风力发电机(directly driven wind turbine with permanent magnet synchronous generator,D-PMSG)是分布式电源中的主要发电机型。通过分析D-PMSG的工作机理和运行特性;结合双环控制及功率追踪策略,分别构建了D-PMSG及含有D-PMSG的配电网络的仿真模型;将D-PMSG视为功率消耗为负的广义动态负荷,提出了基于恒定功率控制电流源的D-PMSG暂态等值电路,推导出了以三阶微分方程描述的机电暂态等效数学模型。通过不同程度故障下的仿真样本的总体测辩建模,从拟合程度、泛化能力及参数稳定性等方面验证了所提出模型的合理性和有效性。 展开更多

关键词 分布式电源 直驱式风力发电机 负荷建模 广义动态负荷 机电暂态等效模型

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