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。
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