Page 73 - 《应用声学》2025年第1期

第 44 卷 第 1 期 陈奕豪等： 双排斜槽纵 -扭复合振动压电超声换能器 69

᫾ઈྲভ⊳Z 变量保持不变的情况。由图 7 可知，双排斜槽的距
10 5 θ 1 =θ 2 =30° 4
θ 1 =θ 2 =45° 离越近，共振频率越低，且二阶振动时的输出端点E
θ 1 =θ 2 =60°
10 4 平均扭转量增加。
3
᫾ઈ⊳Z 10 3 2 ᣥѣቫEགࣱکੵᣁ᧚/(10 -5 rad) 10 6 L 3 =45 mm, L 4 =14 mm 2.0

ᣥѣቫEག L 3 =45 mm, L 4 =16 mm
10 2 ࣱکੵᣁ᧚ 10 5 L 3 =45 mm, L 4 =18 mm 1.8
θ 1 =θ 2 =30° 1 ᫾ઈྲভ⊳Z 1.6
θ 1 =θ 2 =45°
10 1 θ 1 =θ 2 =60° 10 4 1.4
0 1.2
14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 10 3 1.0 ᣥѣቫEགࣱکੵᣁ᧚/(10 -5 rad)
ᮠဋ/kHz ᫾ઈ/|Z| 0.8
ᣥѣቫEགࣱکੵᣁ᧚
(a) ːଆபയϚᝈՏ௑ԫӑ௑, Хᝈएࠫ૱ᑟ٨С૝ᮠဋ֗ 10 2 L 3 =45 mm, L 4 =14 mm
ᣥѣቫགEࣱکੵᣁ᧚ᄊॖ־ 0.6
L 3 =45 mm, L 4 =16 mm
10 1 L 3 =45 mm, L 4 =18 mm 0.4
1.4
10 8 ᫾ઈྲভ⊳Z 0.2
θ 1 =30°, θ 2 =45° 1.2 10 0
θ 1 =30°, θ 2 =60° 0
10 6 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
1.0 ᮠဋ/kHz
10 4 0.8
᫾ઈ⊳Z 10 2 ᣥѣቫEག 0.6 ᣥѣቫEགࣱکੵᣁ᧚/(10 -5 rad) 图 7 双排斜槽的间距对换能器共振频率和输出端
点 E 平均扭转量的影响
10 0 ࣱکੵᣁ᧚
θ 1 =30°, 0.4 Fig. 7 The effect of the distance of the double-
θ 2 =45°
10 -2 row chute on the resonance frequency of the trans-
θ 1=30°, 0.2
θ 2 =60° ducer and the average rotation of the point E of
10 -4
the output port
14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
ᮠဋ/kHz
(b) ːଆபയϚᝈѬѿԫӑ, Хᝈएࠫ૱ᑟ٨С૝ᮠဋ֗ 2.4 双排斜槽的长度、宽度、深度、周向刻槽数量
ᣥѣቫགEࣱکੵᣁ᧚ᄊॖ־
对换能器共振频率和输出端点 E 平均扭转量
10 8 的影响
᫾ઈྲভ⊳Z
10 7 θ 1=45°, θ 2=30°
10 6 θ 1 =60°, θ 2 =30° 4 讨论当 L 3 = 45 mm、L 4 = 18 mm 时的情况。
10 5 将双排斜槽的长度分别设置为15 mm和20 mm，由
10 4 3
10
᫾ઈ⊳Z 10 2 1 2 ᣥѣቫEགࣱکੵᣁ᧚/(10 -5 rad) 图8可知，随着斜槽长度的增加，换能器的共振频率
减小，二阶共振状态输出端点 E 的平均扭转量减小；
10
10 0 ᣥѣቫEགࣱکੵᣁ᧚ 将双排斜槽的深度分别设置为贯穿整个圆柱壁和
10 -1 θ 1 =45°, θ 2 =30°
θ 1 =60°, θ 2 =30°
10 -2 刻槽一半圆柱壁的深度，由图8 可知，随着斜槽深度
10 -3 的减小，换能器的共振频率增大，且一阶共振状态输
10 -4
0
14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 出端点 E 的平均扭转量显著减小，二阶共振状态输
ᮠဋ/kHz
出端点 E 的平均扭转量增大；将双排斜槽的宽度分
(c) ːଆபയϚᝈѬѿԫӑ Хᝈएࠫ૱ᑟ٨С૝ᮠဋ֗
ᣥѣቫགEࣱکੵᣁ᧚ᄊॖ־ 别设置为 1 mm 和 3 mm，由图 8 可看出，随着斜槽
图 6 斜槽倾角变化对换能器谐振频率的影响 宽度的增加，换能器的共振频率减小，一阶、二阶共
Fig. 6 The effect of the angle of the double-row chute 振状态输出端点 E 的平均扭转量减小；将双排斜槽
on the resonance frequency of the transducer 的周向刻槽数量分别设置为一周刻4 个斜槽和一周
2.3 双排斜槽的间距对换能器共振频率和输出端 刻8个斜槽，随着周向刻槽数量的增大，换能器的共
点E 平均扭转量的影响 振频率减小，并且二阶共振频率大幅降低，一阶共振
讨论当 L 3 = 45 mm、θ 1 = θ 2 = 30 时，令 状态输出端点 E 的平均扭转量增大，二阶共振状态
◦
L 4 = 14 mm、L 4 = 16 mm、L 4 = 18 mm，且其余 输出端点E 的平均扭转量减小。