超声波换能器的共振状态是什么

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  超声换能器(压电陶瓷谐振换能片)是一种电致伸缩陶瓷材料,它有一个固有频率。如果外来驱动信号的频率和这个固有频率相同,换能片的总体外特性就会呈纯阻性,换能效率最高。这就是它的共振(谐振)状态。

  共振是有条件的,对于管共振来讲,一般是1/4波长共振,计算公式是:声波的1/4波长=管的长度+管径折算的有效长度;当发生共振后,就可以用管的长度和管径计算出波长,并计算出声速(频率乘波长=声速);不发生共振就计算不出波长,那声速就无法计算;判断测量系统是否处于共振状态就是测量声波能量是否处于最大,方法是用频率扫描,当声能量输出为最大时,记录输出频率,然后计算;对于管共振测量声速有一个缺陷,就是管径折算的有效长度问题;通常测量声速用驻波方法,测量驻波的相邻波峰或波节(半波长)。

  当超声波换能器其他参数一定,共振频率增高时,力因子增大,负载能力增强;介电损耗和机械损耗增加,在相应的重负载下工作,易实现声匹配。

  实际上,测量声速的方法很多,用共振法只是其中的一种方法而已,共振法的原理是:由发射器发出的声波近似于平面波。经接收器反射后,波将在压电陶瓷换能器的两端面间来回反射并且叠加。当两个换能器之间的距离等于半波长的整数倍时发生共振,产生共振驻波现象,波幅达到极大。由纵波的性质可以证明,振动位移处于波节时,则声压是处于波腹。接收器端面近似为一波节,接收到的声压最大,经接收器转换成的电信号也最强。声压变化和接收器位置的关系可从实验中测出,当接收器端面移动到某个共振位置时,示波器上会出现最强的电信号,如果继续移动接收器,将再次出现最强的电信号,两次共振位置之间的距离即为1/2λ。
责任编辑:YYX

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