新型大功率压电陶瓷超声振动系统的研究

本项目对目前功率超声技术中急需的大功率压电陶瓷超声换能器系统进行研究。第一，对传统的纵向夹心式压电陶瓷换能器的多维耦合振动进行研究，通过优化换能器的几何尺寸和振动模式，实现换能器中纵向振动模式和径向振动模式的相互强烈耦合，以达到换能器的大功率输出。第二，提出一种新型的径向振动夹心式压电陶瓷大功率复合超声换能器，从理论上探讨此类换能器的机电等效电路，在此基础上，得出换能器的共振频率设计方程。探讨径向复合超声换能器的几何尺寸及径向预应力对其共振频率、振动模态、辐射功率以及有效机电耦合系数的影响；同时对此类换能器的负载能力及径向振动分布进行研究，以实现其优化设计。第三，对纵弯模式转换型弯曲振动圆形及矩形超声辐射器进行研究，探讨此类超声辐射器的共振频率、振动模态、有效机电耦合系数及辐射功率与其几何尺寸及负载特性之间的依赖关系，为研制大尺寸高功率超声辐射器奠定基础。

本项目对目前功率超声技术中急需的大功率压电陶瓷超声换能器系统进行了较为系统的研究。主要研究内容包括三方面。第一，对传统的纵向夹心式压电陶瓷换能器的多维耦合振动进行了研究，通过优化换能器的几何尺寸和振动模式，实现换能器中纵向振动模式和径向振动模式的相互强烈耦合，以达到换能器的大功率输出。第二，提出了一种新型的径向振动夹心式压电陶瓷大功率复合超声换能器，利用解析法得出了此类换能器的机电等效电路，在此基础上，得出了换能器的共振频率设计方程。探讨了径向复合超声换能器的几何尺寸对其共振频率、振动模态、辐射功率以及有效机电耦合系数的影响；同时对此类换能器的负载能力及径向振动分布进行研究，并对其进行了优化设计。第三，对纵弯模式转换型弯曲振动圆形及矩形超声辐射器进行了研究，探讨了此类超声辐射器的共振频率、振动模态、有效机电耦合系数及辐射功率与其几何尺寸及负载特性之间的依赖关系，为研制大尺寸高功率超声辐射器奠定了基础。.本项目的研究对象相对于传统的纵向振动夹心式压电陶瓷超声换能器是一种新型的大功率超声振动系统。其研究成果相对于传统的超声换能器设计理论是一种改进和创新，对于发展新型的大功率超声换能器、改善现有超声应用技术的作用效果、开发新的超声技术应用领域具有理论指导意义和实际应用价值。.本项目基本上按原定计划进行,并取得了预期的研究成果。除此以外，根据国内外在该研究领域的发展状况及本项目组的实际情况，在相关的研究方向上适当增加了一些研究内容，如空化液体介质中的声传播等研究内容。.截止目前为止，本项目共发表学术论文23篇，其中SCI源期刊论文12篇，EI收录期刊论文11篇；申请并获得授权发明专利2项。.本项目所研究的新型大功率换能器可作为水声以及超声技术中的大功率发射器，在声纳技术、超声化学、超声提取等超声液体处理技术中获得应用。