Page 74 - 《应用声学》2025年第1期
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                                                                 10 7   ᫾ઈྲভ⊳Z
                                       ᫾ઈྲভ⊳Z
                      10 5                                                യࠕ1 mm
                                        பയ᫂15 mm       4.0       10 6                             2.0
                                        பയ᫂20 mm                          യࠕ3 mm
                      10 4                                       10 5 4                           1.5
                                                                 10
                    ᫾ઈ⊳Z  10 3 2                     3.0 ᣥѣቫEགࣱکੵᣁ᧚/(10 -5  rad)  ᫾ઈ⊳Z  10 3 2  1.0 ᣥѣቫEགࣱکੵᣁ᧚/(10 -5  rad)
                                                                 10
                      10
                      10 1    ᣥѣቫEགࣱکੵᣁ᧚               2.0       10 1 0  ᣥѣቫEགࣱکੵᣁ᧚
                                                                 10
                                 பയ᫂15 mm                       10 -1        യࠕ1 mm               5.0
                      10 0                             1.0                   യࠕ3 mm
                                 பയ᫂20 mm                       10 -2
                     10 -1                                      10 -3
                                                                                                  0
                         14  16  18  20  22  24  26  28  30  32     14  16  18  20  22  24  26  28  30  32
                                     ᮠဋ/kHz                                     ᮠဋ/kHz
                                                                     (b) பയᄊࠕएࠫ૱ᑟ٨С૝ᮠဋ֗ᣥѣ
                         (a) பയ᫂एࠫ૱ᑟ٨С૝ᮠဋ֗ᣥѣቫགE
                                                                            ቫགEࣱکੵᣁ᧚ܸ࠵ᄊॖ־
                                       ᫾ઈྲভ⊳Z                  10 7        ᫾ઈྲভ⊳Z
                     10 5              യງ᠖ቈړಏܞ         3.5       10 6         ʷև4˔பയ              2.0
                                       യງ˞ړಏܞʷӧ                               ʷև8˔பയ
                     10 4                              3.0       10 5
                                                       2.5       10 4 3                           1.5
                       3
                    ᫾ઈ⊳Z  10 2                       2.0 ᣥѣቫEགࣱکੵᣁ᧚/(10 -5  rad)  ᫾ઈ⊳Z  10 2       ᣥѣቫEགࣱکੵᣁ᧚/(10 -5  rad)
                     10
                                                                 10
                                                       1.5       10 1      ᣥѣቫEགࣱکੵᣁ᧚             1.0
                     10 1                                         0
                          ᣥѣቫEགࣱکੵᣁ᧚                   1.0       10           ʷև4˔பയ
                     10 0   യງ᠖ቈړಏܞ                             10 -1         ʷև8˔பയ              5.0
                            യງ˞ړಏܞʷӧ                   0.5      10 -2
                    10 -1                                       10 -3
                                                       0                                          0
                         14  16  18  20  22  24  26  28  30  32      14  16  18  20  22  24  26  28  30  32
                                     ᮠဋ/kHz                                     ᮠဋ/kHz
                           (c) பയງएࠫ૱ᑟ٨С૝ᮠဋ֗ᣥѣ                        (d) பയևՔ஝᧚ࠫ૱ᑟ٨С૝ᮠဋ֗
                                  ቫགEࣱکੵᣁ᧚ܸ࠵ᄊॖ־                               ᣥѣቫགEࣱکੵᣁ᧚ܸ࠵ᄊॖ־

                      图 8  斜槽的长度、宽度、深度、周向刻槽数量对换能器共振频率和输出端点 E 平均扭转量大小的影响
                  Fig. 8 The effect of the length, depth, width, circumferential density of the double-row chutes on the
                  resonance frequency and the average rotation of the point E of the output port
             3 实验                                              围为 15∼30 kHz,激励电压振幅为 1 V,测量的阻
                                                               抗频率响应曲线如图 10(b) 所示,阻抗波谷对应于
                 设计并加工了双排斜槽纵 -扭复合振动压电超
                                                               换能器的共振状态,并且有 2 个共振点,以纵向
             声换能器,如图9所示,换能器槽宽约为1 mm,槽长
                                                               振动为主的一阶共振点,测量频率值为 19090 Hz;
             约为 15 mm,后盖板的材料为 45 号钢,前盖板和空
                                                               以扭转振动为主的二阶共振点,测量频率值为
             心刻槽圆柱传振杆的材料为铝,空心圆柱传振杆一
                                                               25909 Hz。
             周刻有4个均匀分布的斜槽,刻有两排,共8个斜槽,
             并且θ 1 = 30 、θ 2 = 45 、L 5 = 17 mm、L 0 = 3 mm、
                                 ◦
                        ◦
             L 1 = 10 mm、L 2 +L 3 +L 4 = 65 mm、L = 16 mm、
                                               2
                                               C
             L 1  = 45 mm,根据 2.3 节的讨论可以发现,双排斜
              C
             槽的距离越近,共振频率越低,二阶振动时的输出
             端点 E 平均扭转量增加,此尺寸中双排斜槽距离较
             近,并且在此尺寸下其理论计算结果与仿真结果误
             差较小,所以本文选择上述尺寸进行实验讨论。
             3.1 实验1
                                                                    图 9  双排斜槽纵 -扭复合振动压电超声换能器
                 使用 WK6500B 精密阻抗分析仪测量换能器                          Fig. 9  The longitudinal-torsional compound
             阻抗频率响应曲线,如图 10(a) 所示,扫描频率范                           transducer with double-row chutes.
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