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超声波-换能器-共振

作者: admin 时间:2019-05-21 来源:未知
摘要:超声波-换能器-共振 驱动超声换能器的压电和磁致伸缩效应能够产生相当大的力,但只能产生最小的位移。为了产生足够幅度(位移)的声波以在液体中产生空穴,必须使用一些装置来...

  超声波-换能器-共振

 

  驱动超声换能器的压电和磁致伸缩效应能够产生相当大的力,但只能产生最小的位移。为了产生足够幅度(位移)的声波以在液体中产生空穴,必须使用一些装置来增加由初级压电或磁致伸缩效应产生的位移。在这两种情况下,做到这一点的关键是共鸣。正如您将从之前的博客中记得的那样,共振能够放大振幅。以适当的频率施加到谐振装置(例如钟形物)的小驱动力将导致谐振装置在其谐振频率或谐振频率的谐波处的振动增加。

 

  实际上,超声波换能器用作声学变压器。在与声学情况的电学类比中,由振动源(磁致伸缩或压电)产生的力等于电路中的电流,而位移等于该电路中的电压。电力变压器将低电压下的高电流电能转换为较高电压下的较低电流电能。

 

  由于总输入能量(以瓦特=伏特乘以安培表示)等于输出端输出的总能量,因此能量得以保存。在超声换能器中,低振幅,高力位移转变为更高

 

  振动位移用较小的力。当然,在电气和声学情况下,由于转换过程中的其他影响可能会有一些损失,但我们将在稍后的博客中讨论这些。

 

  在磁致伸缩换能器中,连接到超声波罐的振动叠片被切割成使其在所需超声频率下谐振的尺寸。当交变电流施加到磁致伸缩换能器的驱动线圈时,它产生脉冲磁场,这又导致附近磁致伸缩材料的尺寸的微小变化。这种小的尺寸变化被磁致伸缩材料的共振放大,以产生声波,其具有在罐内空化液体所需的位移量。随着磁致伸缩叠片的长度减小,产生的频率增加,反之亦然。随着叠片的共振长度减小以增加它们的共振频率,当叠片的长度太短而不能容纳产生磁场的线圈缠绕在其周围时,最终达到实际限制。这个实际限制似乎在30kHz左右。我不知道任何用于超声波清洗应用的磁致伸缩传感器,其工作频率远高于30kHz。

 

  在压电换能器中,压电驱动元件“夹在”两块金属之间,这两块金属与压电驱动元件一起包括以所需频率谐振的结构。这种布置与磁致伸缩换能器的布置的不同之处在于,压电元件仅是整个谐振结构的一小部分,并且它们本身不在超声频率下谐振。这种布置在换能器设计中允许相当大的灵活性,包括通过利用整个谐振结构的谐波而在不受压电驱动元件的谐振约束的情况下以多个频率操作单个换能器的能力。压电元件仅用作振动源,以使换能器的较大结构谐振,并且不需要根据它们自身的优点进行谐振。

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