Page 72 - 《应用声学》2025年第1期

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斜槽纵 -扭复合振动压电换能器的一阶、二阶振动 10 8
᫾ઈྲভ⊳Z
位移分布图，换能器在一阶振动频率下以纵向振动 10 7 ௄பയ 4
ӭଆபയ
为主，在二阶振动频率下以扭转振动为主。图中箭 10 6 ԥଆபയ
3
头的长短代表振动位移的大小，箭头的方向为振动 10 5
的方向。 ᫾ઈ/|Z| 10 4 2 ᣥѣቫEགࣱکੵᣁ᧚/(10 -5 rad)
10 3
10 2
ᣥѣቫEགࣱکੵᣁ᧚ 1
10 1 ӭଆபയ
ԥଆபയ
10 0 0
18 20 22 24 26 28 30
ᮠဋ/kHz
(a) பയࠫ૱ᑟ٨С૝ᮠဋ֗ᣥѣቫགEࣱکੵᣁ᧚ᄊॖ־
(a) ૱ᑟ٨ʷ᫽ጫՔ૝үͯረѬ࣋ڏ 1000
ԥଆபയጫ-ੵܭՌ૝ү
ԍႃᡔܦ૱ᑟ٨
800
ӭଆபയጫ-ੵܭՌ૝ү
ԍႃᡔܦ૱ᑟ٨
600
U⊳L
400

200
(b) ૱ᑟ٨̄᫽ੵᣁ૝үͯረѬ࣋ڏ
图 4 换能振动位移分布 0
14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
Fig. 4 The vibration displacement distribution of ᮠဋ/kHz
the transducer (b) ӭԥଆபയጫ-ੵܭՌ૝үԍႃ૱ᑟ٨ᄊጫ-ੵඋ

2.1 斜槽的排数对换能器共振频率及输出端点 E 图 5 斜槽的数量对换能器共振频率的影响
平均扭转量和纵-扭比的影响 Fig. 5 The effect of the row number of the chute
on the resonance frequency of the transducer
图 5(a) 为无斜槽、带有双排斜槽、三排斜槽换
能器的阻抗特性曲线图和双排斜槽、三排斜槽换能 2.2 双排斜槽的倾角对换能器共振频率和输出端
器输出端点 E 平均扭转量曲线图。讨论单排斜槽的 点E 平均扭转量的影响
几何中心距离换能器输出端口的距离为 33 mm，双 讨论当 L 4 = 20 mm 和 L 3 = 45 mm，斜槽倾
排斜槽的几何中心距离换能器输出端口的距离分 角分别为 θ 1 = θ 2 = 30 ，或 θ 1 = θ 2 = 45 ，或
◦
◦
别为20 mm和45 mm，斜槽的倾角都为30°，且其余 θ 1 = θ 2 = 60 ，且其余变量保持不变的情况。如
◦
变量保持不变的情况。由图 5(a) 知，无刻槽换能器 图 6(a) 所示，随着倾角的增大，换能器共振频率下
为纵振换能器，当刻入单排、双排斜槽时，27.2 kHz 降，在θ 1 = θ 2 = 30 时二阶共振输出端点E 平均扭
◦
和 26.5 kHz 为二阶扭转振动共振频率且共振频率 转量最大，在θ 1 = θ 2 = 60 时一阶共振输出端点 E
◦
降低，双排斜槽输出端点 E 的平均扭转量几乎 平均扭转量最大。
比单排斜槽输出端点 E 的平均扭转量高一个数量 讨论当L 4 = 20 mm、L 3 = 45 mm，斜槽的倾角
级，且一阶共振频率附近的微小扭转振动也显著 分别为 θ 1 = 30 、θ 2 = 45 或θ 2 = 60 ，和θ 2 = 30 、
◦
◦
◦
◦
增大。 θ 1 = 45 或 θ 1 = 60 ，并且其余变量保持不变的
◦
◦
图 5(b) 为带有单排、双排斜槽纵 -扭复合振动 情况。如图 6(b) 所示，随着任意一排斜槽的角度增
换能器的纵 -扭比曲线图，纵坐标定义为 U/L，其中 大，换能器的共振频率都下降，且一阶共振时输出
U 为纯扭转振动位移振幅，L 为纯纵向振动位移振 端点 E 平均扭转量增大，在 θ 2 = 30 、θ 1 = 45 或
◦
◦
幅，由图 5(b)可以看出，增加斜槽的排数，换能器二 θ 1 = 60 这种情况下，二阶共振的频率几乎不变，且
◦
阶共振频率附近的纵-扭比增大10倍。 输出端点E 平均扭转量显著增大。