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径向极化厚壁压电陶瓷管径向振动研究

陕西师范大学学报（自然科学版） 2011年第4期39卷 23-28页

作者：王帅军林书玉陕西师范大学应用声学研究所陕西西安710062

应用平面应变和三维压电弹性力学理论,对径向极化厚壁压电陶瓷圆管径向振动特性进行研究.利用分离变量法,求解振子径向位移函数的微分方程,得到了位移函数精确解.推导出其机电类比等效电路,得出其等效电阻抗.在此基础上,推出振子共振反... 详细信息

应用平面应变和三维压电弹性力学理论,对径向极化厚壁压电陶瓷圆管径向振动特性进行研究.利用分离变量法,求解振子径向位移函数的微分方程,得到了位移函数精确解.推导出其机电类比等效电路,得出其等效电阻抗.在此基础上,推出振子共振反共振频率方程,得到了振子的阻抗特性曲线,探讨了振子的共振反共振频率和有效机电耦合系数与其几何尺寸之间的依赖关系.利用数值法得到了不同几何尺寸圆管振子的共振反共振频率,结果与数值分析一致.通过对两个压电圆管振子谐振频率的理论计算与实验测试,表明了理论的准确性与精确性,这为压电陶瓷复合管换能器的理论研究及设计提供了依据.

关键词：径向极化厚壁理论径向振动等效电路

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径向极化压电陶瓷管的径向振动研究

声学技术 2011年第2期30卷 206-210页

作者：王帅军林书玉陕西师范大学应用声学研究所西安710062

结合平面应变和三维压电弹性力学理论,对径向极化厚壁压电陶瓷细长管的径向振动进行了研究,得出位移函数、电势函数的精确解。利用振子静电电荷方程导出电位移及电场强度函数,解决了电压与电场强度非线性关系问题,进而辅助maple软件首... 详细信息

结合平面应变和三维压电弹性力学理论,对径向极化厚壁压电陶瓷细长管的径向振动进行了研究,得出位移函数、电势函数的精确解。利用振子静电电荷方程导出电位移及电场强度函数,解决了电压与电场强度非线性关系问题,进而辅助maple软件首次对厚壁管形振子等效电导纳进行研究,推出了精确的谐振反谐振频率方程。利用数值法得出了不同尺寸管形振子的谐振反谐振频率,并通过有限元分析,结果表明了本文理论的准确性与精确性,为压电陶瓷厚壁振子的理论研究及设计提供了依据。

关键词：径向极化厚壁理论径向振动

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径向极化压电陶瓷圆管的耦合振动研究

径向极化压电陶瓷圆管的耦合振动研究

第二届西安-上海两地声学学术会议

作者：赵学慧林书玉付志强贺洋洋李力怡李娜陕西师范大学物理学与信息技术学院陕西省超声重点实验室

用等效弹性法,研究径向极化压电陶瓷厚壁振子纵径耦合振动,以径向极化压电陶瓷振了的压电方程、运动方程、几何方程为基础,结合振子静电电荷方程,对其纵径耦合振动进行了研究。文章着重考虑径向尺寸与纵向尺寸相接近时,纵向振动对径向... 详细信息

用等效弹性法,研究径向极化压电陶瓷厚壁振子纵径耦合振动,以径向极化压电陶瓷振了的压电方程、运动方程、几何方程为基础,结合振子静电电荷方程,对其纵径耦合振动进行了研究。文章着重考虑径向尺寸与纵向尺寸相接近时,纵向振动对径向振动的影响,通过引入纵径应变耦合系数,将纵向应变转化成径向和周向应变,得到压电陶瓷圆管尺寸与谐振频率的关系。通过理论分析计算出谐振频率与实验结果和厚壁压电长圆管理论进行比较,结果表明,考虑纵径耦合效应求得谐振频率比厚壁压电长圆管理论计算谐振频率值更接近实验值,更加精确。

关键词：纵径耦合振动径向极化径向振动谐振频率压电陶瓷管

来源： cnki会议评论

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径向极化圆管形压电换能器的耦合振动分析

径向极化圆管形压电换能器的耦合振动分析

2018年全国声学大会

作者：徐洁林书玉陕西师范大学陕西省超声学重点实验室

0引言径向极化圆管形压电换能器广泛用于滤波器,传感器,变送器和执行器,以及无损检测,医疗诊断,水下信号和超声波马达。大尺寸有限长压电圆柱形换能器可以增加辐射区域,增大辐射范围。D.D.Ebenezer利用压电薄壳理论模型分析了径向极化... 详细信息

0引言径向极化圆管形压电换能器广泛用于滤波器,传感器,变送器和执行器,以及无损检测,医疗诊断,水下信号和超声波马达。大尺寸有限长压电圆柱形换能器可以增加辐射区域,增大辐射范围。D.D.Ebenezer利用压电薄壳理论模型分析了径向极化压电圆管。W.Larbi研究了径向极化的压电壳体

关键词：压电换能器耦合振动径向极化压电圆管

来源： cnki会议评论

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对径向极化高斯光束超越近轴近似模型的研究

苏州科技学院学报（自然科学版） 2009年第2期26卷 34-37页

作者：罗宏耿大威苏州科技学院数理学院江苏苏州215009 许昌理工学校河南襄城461700

提出一种能够超越高斯光束近轴近似的精确描述。与用微扰展开的方法得到的结果不同,文中使用complex source-sink model得到的结果是Maxwll方程的严格解,在粒子束缚的相关研究中将有进一步的应用。

关键词：高斯光束径向极化近轴近似

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新型管状换能器研究

陕西师范大学学报（自然科学版） 2010年第2期38卷 43-45页

作者：高炳山林书玉陕西师范大学应用声学研究所陕西西安710062

依据薄膜理论,分析了一种具体形状、径向极化压电圆管换能器的振动特性,在此基础上推导出不同振态下的径长位移特性以及集中参数等效电路,用有限元法分析了径长振动模态,得出谐振和反谐振频率.通过有限元模态分析表明,理论值与模拟值符... 详细信息

依据薄膜理论,分析了一种具体形状、径向极化压电圆管换能器的振动特性,在此基础上推导出不同振态下的径长位移特性以及集中参数等效电路,用有限元法分析了径长振动模态,得出谐振和反谐振频率.通过有限元模态分析表明,理论值与模拟值符合的很好,这对管状换能器的工程设计具有参考价值.

关键词：压电圆管径向极化有限元

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新型径向复合压电超声换能器的研究

新型径向复合压电超声换能器的研究

作者：王帅军陕西师范大学

学位级别：硕士

径向复合压电超声换能器包括径向复合圆盘换能器、径向复合圆管换能器、径向复合圆环换能器。其结构简单,性能稳定,布阵方便,声辐射面积大、辐射效率高、沿周向辐射均匀无指向性,因此多作为小功率的水声发射或接收换能器,用于水声技术... 详细信息

径向复合压电超声换能器包括径向复合圆盘换能器、径向复合圆管换能器、径向复合圆环换能器。其结构简单,性能稳定,布阵方便,声辐射面积大、辐射效率高、沿周向辐射均匀无指向性,因此多作为小功率的水声发射或接收换能器,用于水声技术、超声技术、海洋开发和地质勘探等领域。另外,径向复合管压电超声换能器在超声清洗及大规模的液体处理方面有很大贡献,因此径向复合超声换能器具有广阔的应用前景。目前,径向复合压电超声换能器中的换能单元多为厚度极化的厚壁振子或是径向极化的薄壁振子,由于径向复合超声换能器均采用径向激励方式,径向极化的振子激励电极与极化电极相同,而轴向极化和切向极化的振子的极化电压和激励电压不同,且对于管形振子来说轴向极化振子的极化电压及激励电压比径向极化电压高得多,工程上几乎没有应用,径向极化径向激励的振子,极化电极和激励电极可以合二为一,极化电压及激励电压也较低,在制作工艺上更有优势,实际应用也较多。本文对径向复合压电超声换能器的径向振动特性进行了研究,主要包括以下内容： 1.分别对金属长圆管和薄圆环的径向振动特性进行了研究,得出二者的机电等效电路及输入力阻抗,并由此推出了谐振频率方程,通过数值分析,验证了理论的正确性。并对长圆管和薄圆环径向振动之间的联系与区别加以探讨。 2.对径向极化压电陶瓷厚壁长圆管和厚壁薄圆环的径向振动特性分别进行了研究.推导出其机电类比等效电路,得出了其等效电阻抗,在此基础上,推出振子共振、反共振频率方程,得到了振子的阻抗-频率特性曲线,探讨了振子的共振、反共振频率和有效机电耦合系数与其几何尺寸之间的依赖关系。利用数值法得出了不同几何尺寸圆管振子和圆环振子的共振、反共振频率,并通过了实验验证,表明解析结果与数值分析结果和实验测试结果相吻合,为压电陶瓷径向复合换能器的理论研究及设计提供依据。对压电陶瓷长圆管和薄圆环的径向振动之间的联系与区别做深入研究。 3.提出新型的径向复合压电陶瓷超声换能器—复合管压电超声换能器和复合环压电超声换能器,对换能器的径向振动特性进行了分析研究。得出了径向复合压电超声换能器的机电等效电路,推出了其等效电阻抗及共振、反共振频率方程。利用解析法和数值法得到了振子的导纳特性曲线,二者在图像上表现一致。对径向复合换能器的径向共振反共振频率和有效机电耦合系数与其几何尺寸之间的关系进行了理论分析,并给出关系曲线。

关键词：复合换能器径向极化径向振动谐振频率

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径向夹心式压电陶瓷圆管换能器耦合振动研究

径向夹心式压电陶瓷圆管换能器耦合振动研究

作者：赵学慧陕西师范大学

学位级别：硕士

压电超声换能器是利用器件的压电效应将电信号转换成声信号或者将声信号转换成电信号的一种设备。它在工业、农业、国防、生物医药等领域的应用非常广泛,如医学超声、超声空化、中草药超声提取、海洋开发、地质勘探、石油开采等。 ... 详细信息

压电超声换能器是利用器件的压电效应将电信号转换成声信号或者将声信号转换成电信号的一种设备。它在工业、农业、国防、生物医药等领域的应用非常广泛,如医学超声、超声空化、中草药超声提取、海洋开发、地质勘探、石油开采等。径向夹心式压电陶瓷管换能器是一种新型的换能器,它的谐振频率和各种性能不仅与压电陶瓷的材料有关,.而且与压电陶瓷圆管的几何尺寸有关。该换能器几何尺寸特殊,换能器高度与直径相接近。径向夹心式压电陶瓷耦合振动换能器的振动方式与压电长圆管和压电圆环的振动方式不同,既不能看成一维径向振动也不能看成一维纵向振动。该换能器径向振动和纵向振动彼此影响,不是一种纯粹的径向振动或者纯粹的纵向振动,是一种纵径耦合的振动方式,也就是径向振动中会有纵振动,纵振动中也会有径向振动。这种振动方式相对于一维振动,如果采用前面的计算方法很复杂,计算量大,但是通过假设纵径耦合系数,把纵振动和径向振动联系起来,从而使一个复杂问题得到简化。最后计算出系统的机电等效电路,求出系统的阻抗,并求得它的谐振频率方程和谐振频率。本文对径向夹心式换能器耦合振动进行了研究,主要分析过程如下： 1.对压电陶瓷管耦合振动进行了研究。首先研究压电陶瓷管的径向振动,把压电陶瓷e型方程代入压电陶瓷管的运动方程中,用MAPLE软件解微分方程,求出位移函数,通过压电陶瓷管的速度边界条件可以求出各未知量,得到压电陶瓷管内、外表面受力,推导出陶瓷管内、外表面受力关于速度的方程,通过联立受力方程组可以求出压电陶瓷管的频率方程。通过观察上述方程发现,该方程是一个关于未知量纵径耦合振动系数c和频率f的方程,需要另外一个包含这两个未知量的方程联立来求解。其次用相同的方法,求出换能器的纵向振动机电等效电路,得到陶瓷管等效阻抗,求出系统共振时的纵向共振频率方程。根据前面的研究可知,联立纵向振动频率方程和径向振动频率方程,得到压电陶瓷管耦合振动的谐振频率。通过改变几何尺寸,求出相对应的频率,画出压电陶瓷管谐振频率与尺寸关系图。最后通过有限元仿真方法和实验方法进行了验证,证明了理论的正确性。为以后研究夹心式压电超声换能器提供了方便。 2.对金属管耦合振动进行了研究。首先对金属管的径向振动进行了研究,根据理论力学原理,忽略剪切应力和剪切应变,通过假设机械耦合系数,得到了等效杨氏模量,分别代入金属管运动方程中,求出金属管振动位移函数。把位移函数代入速度边界中,求出未知量。根据力与应力关系,得到金属内外表面受力与和内外层速度的关系,得到径向振动的等效电路,求出径向振动谐振频率方程。通过观察发现,该方程是关于未知量机械耦合系数c和频率f的方程,需要另外一个式子含有未知量机械耦合系数c和频率f的方程来求解。其次对金属管纵向振动进行了研究,通过运动方程最后得到纵向振动位移函数,求得金属管上下两端的受力与两端速度的关系,得到纵向振动等效电路。当金属管上下两端受为零时,可以求出系统的纵向振动谐振频率方程,该方程也是一个关于未知量机械耦合振动系数c和频率f的方程。联立径向振动谐振频率方程和纵向振动谐振频率方程,求出金属管耦合振动谐振频率方程,并且画出金属管谐振频率与几何尺寸之间的关系图。最后通过有限元仿真分析进行验证,证明了耦合振动理论的正确性。为后面夹心式换能器的研究提供了方便。 3.通过前面的研究,我们已经知道了压电陶瓷圆管耦合振动和金属管的耦合振动,并且知道它们的机电等效电路。我们设计了径向夹心式换能器,该换能器中间层为压电陶瓷PZT圆管,内层为各向同性的金属铝,外层是各向同性的金属45钢。换能器在径向相连,从而得到径向夹心式压电陶瓷换能器的等效电路,而它们纵向振动等效电路可以作为对径向振动的约束,从而得到系统的频率方程,求夹心式换能器的谐振频率。最后通过有限元软件对换能器进行了验证,与理论计算一致,证明了理论的正确性。

关键词：径向极化夹心式换能器谐振频率等效电路

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径向夹心式长圆管换能器径向振动研究

径向夹心式长圆管换能器径向振动研究