Page 75 - 《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 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。

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25909 Hz
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19090 Hz
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(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