Page 14 - 《应用声学》2023年第4期

676 2023 年 7 月

表 1 换能器主要结构尺寸
Table 1 Main structural dimensions of transducer

参数 值/mm 参数 值/mm 参数 值/mm
换能器高度 42 尾块直径 24 陶瓷片内直径 7.5
辐射头直径 26 尾块厚度 18 陶瓷片外直径 16
辐射头厚度 15 陶瓷片总厚度 6

表 2 压电陶瓷材料参数
Table 2 The material parameters of piezoelectric ceramics

压电应变常数 相对介电常数 短路弹性柔顺常数
密度
E
2
材料 d ij /(×10 −12 C · N −1 ) ε r s /(×10 −12 m · N −1 )
ij
ρ/(kg · m −3 )
d 15 d 31 d 33 ε r11 ε r33 s 11 s 12 s 13 s 33 s 44 s 66
KNN 311 −125 300 11.2 −3.36 −5.95 14.07 34.49 29.11 4621
PZT 496 −123 320 1475 1300 12.3 −4.05 −5.31 15.50 39.00 32.70 7500

1.2 纵振式换能器模态分析 71.8 kHz；而 PZT 压电陶瓷换能器在空气中的前两
阶谐振频率分别为 35.6 kHz 和 70.2 kHz，略低于无
纵振式换能器前两阶谐振模态的位移矢量
铅压电陶瓷换能器。这是由于在相同结构尺寸下，
图如图 2 所示。其中，KNN 基无铅压电陶瓷换能 无铅压电陶瓷换能器的刚度更大，质量更轻，固有频
器在空气中的前两阶谐振频率分别为 36.1 kHz 和 率更高。

mm mm
3.15T10 -4 3.52T10 -4
T10 -5 T10 -5
30
30
25
25
20
20
15
15
10
10
5
z z 5
y 1.55T10 -6 y 6.15T10 -6
x x
(a) KNN۳௄ᨥԍႃᬝၬ૱ᑟ٨ʷ᫽ៈ૝വগ (b) KNN۳௄ᨥԍႃᬝၬ૱ᑟ٨̄᫽ៈ૝വগ
mm mm
3.15T10 -4 3.49T10 -4
T10 -5 T10 -5
30
30
25
25
20
20
15
15
10
10
5 5
z z
y 2.4T10 -6 y 2.52T10 -6
x x
(c) PZTԍႃᬝၬ૱ᑟ٨ʷ᫽ៈ૝വগ (d) PZTԍႃᬝၬ૱ᑟ٨̄᫽ៈ૝വগ
图 2 纵振式换能器前两阶谐振模态
Fig. 2 The first two resonant modes of longitudinal vibration transducer