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超声波双频换能器、振子

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超声波双频换能器、振子

2017-07-05 11:40

  在多频超声波清洗器系统中,换能器是关键组件之一,它必须具有两个谐振频率,且在其谐振点附近的阻抗要接近,以达到电与声的最佳转换。

  夹心式压电陶瓷换能器存在许多共振频率,即基频振动、1次谐频、2次谐频等。根据超声波清洗器夹心式复合换能器的设计理论,通过适当的改变换能器的结构模式,可使其既能工作于基频,又能工作于一次谐频,即双频换能器。双频换能器的振动模式有两种,其基频振动为半波长,换能器中有一个节点;而谐频振动为全波长结构,换能器中具有两个节点。

  这两种振动模式,其节点位置是不同的,依据超声波清洗器换能器中陶瓷片的位置对换能器性能影响的研究,压电陶瓷片最好放置在换能器的振动波节附近。因此,若按传统的夹心式换能器模式,即将压电陶瓷晶片放在一起,对于半波长振动模式,可能陶瓷晶片在其振动节点附近;对于全波长振动模式,陶瓷片将偏离其振动节点,使换能器的功率容量降低。

  为了满足两种不同振动模式对压电陶瓷晶片的位置排列要求,将压电陶瓷晶片分成二组,中间用金属构件分开/适当0的距离,使换能器在两种不同的振动模式中,压电陶瓷晶片基本上都处于振动波节附近,其结构形式如图1所示。超声波清洗器前盖板采用金属铝制成喇叭型,增加辐射面,提高辐射阻抗(C水.S),降低机械品质因数Q;后盖板及中间“电极”采用内部功耗小,抗疲劳性能好,刚度高并有一定韧性的重金属45.钢,经特殊高温调制而成,

  使能量大部分从前盖板辐射。用苏州超威电子有限公司生产的cw-1232频率特性测量仪测得该双频换能器的基频f1=29.2 kHz,1次谐频f2=52.1 kHz。将9只相同频率特性的双频超声波清洗器换能器粘接在300mmx300mmx180mm的不锈钢清洗槽底部,使这9只双频换能器与清洗槽组成一个复频换能共振系统,测得该复频换能振动系统的基频f1-1=27.6 kHz,1次谐频f2-2=47.1 kHz。

  超声波清洗器复频换能振动系统的两个共振频率比单个换能器的两个谐振频率都有明显下降,这可能与振动系统形状及换能器个体参数差异有关,但振动系统的频带较宽,这有利于系统的稳定工作。

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