Page 73 - 《应用声学》2025年第1期
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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。
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