基于六端网络法的压电超声换能器优化设计

作     者：刘世杰 冯平法 查慧婷 冯峰 LIU Shi-jie;FENG Ping-fa;ZHA Hui-ting;FENG Feng

作者机构：清华大学深圳国际研究生院先进制造学部深圳518055 清华大学机械工程系北京100084 

出 版 物：《工程科学学报》 (Chinese Journal of Engineering)

年 卷 期：2022年第44卷第5期

页      面：933-939页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：深圳市科技计划基础研究资助项目(学科布局)(JCYJ20180508152128308) 深圳市科技计划基础研究资助项目(面上项目)(JCYJ20190813173607172) 

主　　题：压电超声换能器 六端网络法 四端网络法 有限元分析 超声振幅 

摘      要：压电超声换能器传统四端网络设计方法忽略了压电陶瓷晶堆内部的机电耦合过程,使用该方法所设计的压电超声换能器尺寸误差大,输出的超声振幅较小.为了提高压电超声换能器尺寸设计精度、增大换能器输出的超声振幅,本文将考虑压电陶瓷晶堆内部机电耦合作用的六端网络引入到压电超声换能器的设计中,分别采用四端网络法和六端网络法设计得到两个不同尺寸的压电超声换能器A和B,通过有限元方法对比分析了两个换能器的固有频率和输出振幅,并进一步通过实验验证了设计理论与仿真分析的有效性.研究结果表明,在相同激励电压下,采用六端网络法设计得到的压电超声换能器B输出的超声振幅是换能器A输出振幅的1.5倍,六端网络法设计压电超声换能器可以提高所设计换能器的振动性能.