Page 75 - 《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                                          71


                                                               分析图可以看出,输出端红色方框部分受力由纵向
                                                               振动的力和斜槽之间斜向振动的力叠加,输出端黄
                                                               色方框部分只有通过斜槽的斜向振动的力,所以在
                                                               输出端辐射面呈现 4 个振幅较大的区域,证实了换
                                                               能器输出端不仅有纵向振动分量,也有扭转振动分
                                                               量,上述 PSV-400 激光测振仪观测的结果以及有限
                                                               元仿真的振型图相契合。

                 (a) WK6500Bድࠛ᫾ઈѬౢ́฾᧚૱ᑟ٨ᄊႃ᫾ઈᮠဋ                            ႃᑨ଍҄٨֗
                                                                          ஝૶ኮေጇፒ










                                            ̄᫽С૝
                                            25909 Hz
                              ʷ᫽С૝
                              19090 Hz
                                                                                                 ༏Аੳଡ݀


                          (b) ૱ᑟ٨ႃ᫾ઈᮠဋ־ऄజጳ                          (a) Plytec Scanning Vibratoŕ٨฾᧚૱ᑟ٨૝үവर
                        图 10  换能器频率特性的测量
                Fig. 10  Measurement of transducer frequency
                characteristics
             3.2 实验2

                 使用 Polytec PSV-400 激光测振仪测量换能器
             的一阶振动模式和二阶振动模式,换能器和实验装
             置如图 11(a) 所示,频率扫描范围为 15∼50 kHz,激
             励电压振幅为 1 V,当共振频率为 19093 Hz 时,换
             能器一阶纵向振动辐射表面的振动模式如图 11(b)
             所示;当共振频率为 26039 Hz 时,换能器二阶扭
             转振动辐射表面的振动模式如图 11(c) 所示,并且
             图 11(b) 和图 11(c) 都是通过激光测振仪测量的换
             能器辐射表面的纵向振动。使用有限元进行仿真
                                                                 150
             模拟的换能器一阶纵向振动时输出端辐射表面如
             图 12(a) 所示,换能器二阶扭转振动时输出端辐射                          100
             表面如图 12(b) 所示,振动频率的不同使得换能器                          ͯረ/nm
             传振杆伸缩的频率不同,机械波在铝材中传播的频                               50
             率不同,受到伸缩振动的推动力的频率不同,可以
                                                                  0
             理解为在一阶共振状态下前一个纵向振动机械波                                          20    ᮠဋ/kHz       30
             与后一个纵向振动机械波相距较远,所以这导致了                              (b) ૱ᑟ٨ʷ᫽nj̄᫽ጫՔ૝үᣥѣቫᣣ࠱᛫᭧૝үവर֗С૝ͯረజጳ
             在一阶共振状态下主要以纵向伸缩振动为主,二阶                                  图 11  使用激光测振仪测量换能器共振模态
             共振状态下以扭转振动为主。上述二阶扭转振动辐                               Fig. 11 Using polytec scanning vibrator (PSV) to
             射表面振型解释如下,根据图 12(b) 的换能器受力                           measure the vibration modes of the transducer
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