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768 2018 年 9 月

54 图 6∼ 图 9 分别是钹型换能器一阶和二阶共振
52 ړᄨ 频率、反共振频率以及机电耦合系数随压电陶瓷圆
50 ړဗ
48
С૝ᮠဋ/kHz 46
44
42
40
38
36
34
20 22 24 26 28 30
R 2 /mm
图 3 压电陶瓷为圆环和圆盘时，换能器一阶共振频
率随半径的变化情况
Fig. 3 When the piezoelectric ceramic is a ring
and a disk, the first-order resonance frequency of
transducer with the change in radius

0.5

0.4
0.3 ړᄨ
K eff ړဗ
0.2
0.1

0
20 22 24 26 28 30
R 2/mm
图 4 压电陶瓷为圆环和圆盘时，一阶振动模态下换
能器有效机电耦合系数随半径的变化情况
Fig. 4 When the piezoelectric ceramic is a ring 图 5 钹型换能器前两阶轴对称振动模态振型图
and a disk, the effective electro-mechanical cou- Fig. 5 The first two-order axial symmetry vibration
pling coefficient of transducer with the change in modes of the Cymbal transducer
radius under the first-order vibration mode
56
3.2 钹型换能器机电参数与陶瓷圆环尺寸之间 54
f r
的关系 52
50 f a
为了探究几何参数对换能器频率特性及机电 48
转换特性的影响，本文利用仿真软件 COMSOL，数 ᮠဋ/kHz 46
44
值模拟了钹型换能器的振动模态、共振频率、反共 42
振频率以及机电耦合系数与陶瓷圆环尺寸之间的 40
38
关系。压电陶瓷圆环和金属浅球壳的材料分别为 36
PZT-4和铝合金，换能器的几何尺寸为R 2 =21 mm， 34
H =10 mm，r =19.25 mm，a=13 mm，t=1.5 mm。 0 2 4 R 1 /mm 6 8 10
计算结果如图5∼图9所示。
图 6 钹型换能器一阶共振和反共振频率与圆环内径之
图5 是钹型换能器前两阶轴对称振动模态的振 间的关系
型图及其对应的共振频率。可以看出，金属浅球壳
Fig. 6 The relationship between the first-order reso-
对称轴处位移最大，随着换能器阶次的增大，位移减 nance and the antiresonance frequency of the Cymbal
少的同时，振型也变得更加复杂。 transducer and the inner diameter of the ring