Page 93 - 《应该声学》2022年第2期

第 41 卷 第 2 期 刘文钊等： 磁致伸缩 -压电混合激励 Janus 换能器结构特征参量与纵振频率之间的关系 261

3500 3000
3000
2500
2500 2000
ᮠဋ/Hz 2000 വগ1 ᮠဋ/Hz 1500 വগ1
വগ2
വগ2
1500
1000
1000
500
500
0 0
20 25 30 35 40 45 50 55 60 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120
˗ᫎ᠏᧚ڱᰴए/mm ˗ᫎ᠏᧚ڱӧय़/mm
(a) ˗ᫎ᠏᧚ڱᰴए (b) ˗ᫎ᠏᧚ڱӧय़
3500 3500
3000 3000
2500 2500
ᮠဋ/Hz 2000 വগ1 ᮠဋ/Hz 2000 വগ1

വগ2
വগ2
1500
1500
1000 1000
500 500
0 0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120
ࡋᦊ᠏᧚ڱᰴए/mm ࡋᦊ᠏᧚ڱӧय़/mm
(c) ࡋᦊ᠏᧚ڱᰴए (d) ࡋᦊ᠏᧚ڱӧय़

图 6 质量块结构特征参量对工作模态频率的影响
Fig. 6 The influence of the structural parameters of the mass on the frequencies of working modes

3 讨论 (3) 调节中间质量块高度或半径都可以减小两
个模态之间的频率差，调节半径的效果更大一些；而
综合上述分析结果，进行如下讨论：
尾部质量块的尺寸变化对两个模态频率的影响微
(1) 由有源材料各结构特征参量对两个工作模
乎其微，由图3 的振动模态图可知，主要是由于尾部
态频率的影响可知，模态 1 主要受磁致伸缩振子控
质量块基本都处于振动节点部位。因此，在确定合
制，而模态2主要受压电振子控制，这印证了磁致伸
理的尾部质量块尺寸和中间质量块高度后，通过调
缩-压电混合激励的基本工作原理，换能器的两种工
节中间质量块半径就能实现改变两个模态频率差
作模态分别由两部分振子控制，低频工作时主要由
的效果。
磁致伸缩振子控制，高频工作时主要由压电振子控
从实现低频和宽带工作两个方面出发：若要降
制，但二者在工作时并非是孤立的，而是相互作用和
低换能器的工作频率，则应增大压电振子和磁致伸
影响的，其耦合作用机理需要进一步深入研究。
缩振子长度、减小压电振子和磁致伸缩振子半径、
(2) 辐射头各结构特征参量对模态 2 频率的影
增大辐射头外半径；若要减小两个工作模态之间的
响比模态 1 更为显著。为了让换能器可以更好地辐
频率间隔，实现模态的有效耦合，则应减小压电振子
射声能，原则上应该尽量增大辐射头外半径以增加
半径和辐射头内高度、增大磁致伸缩振子半径、辐
有效辐射面积，同时减小辐射头内高度以降低辐射
射头外半径和中间质量块半径。
头的整体重量。需要注意的是，当辐射头外半径增
大或辐射头内高度减小时，会倾向于激发出辐射头 4 结论
的弯曲振动模态，同时位于压电陶瓷中部的位移节
点将逐渐上移至辐射头内部，形成部分振动反向区， 本文对磁致伸缩 -压电混合激励 Janus 换能器
有可能反而降低了辐射能力，因此需要仔细设计后 的结构特征参量与纵振频率之间的关系进行了
来选择恰当的辐射头结构特征参量尺寸。 研究，通过将磁致伸缩 -压电混合激励模式应用