单片机在压电陶瓷超声波换能器中的应用

共振频率是压电陶瓷超声波换能器的一个重要参数,它随负载及工作温度等因素的变化而变化,或随使用时间的增加而变化,换能器馈电电路的工作频率是否能自动跟踪其共振频率尤其重要,应用单片机控制标称共振频率为28kHz的压电陶瓷超声波换能器馈电电路的工作频率可取得理想的效果。

压电陶瓷换能器在超声波测距仪中的应用

文章介绍了超声波测距的原理,论述了超声波测距仪的主要部件——压电陶瓷换能器的结构设计。证实将振子设计成压电陶瓷和金属片的矩形粘合片的形式,可实现与空气声阻抗良好的匹配。并当谐振频率为36kHz时,弯曲振动模式产生的超声场呈扇形,使所发射的超声波在空气中的传播效率较高,满足了仪器对检测范围、精度和灵敏度的要求。

压电陶瓷对超声波电动机定子特性的影响

压电陶瓷(Piezoelectric ceramic,PZT)是组成超声波电动机定子的核心元件,其性能的优劣将直接影响超声波电动机的输出性能。为了研究PZT对超声波电动机定子特性的影响,利用有限元法建立超声波电动机自由定子的机电耦合动力学模型,利用该模型重点研究PZT厚度、极化分区形式、极化不均匀性以及PZT开路和短路条件时对定子动态特性的影响,并提出基于能量的PZT极化分区形式、极化不均匀性对定子动态特性影响程度的评价方法。采用自然对流传热问题的牛顿冷却定律和热容理论,建立超声波电机定子的温度特性理论模型,基于该模型研究PZT材料介电损耗对电动机定子的温度特性影响。研究结果表明:电动机定子模态频率随PZT厚度的增大而增加,而定子表面质点的振动幅值则随PZT厚度的增加而减小;PZT开路时的定子模态频率比短路时的模态频率大;改进PZT极化分区形式和极化不均匀性均可以提高超声波电动机自由定子的动态特性。基于该研究结果制作的直径10.4mm行波型超声波电动机性能稳定,堵转力矩达到9.5mN·m,空载转速1000r/min,研究结果有助于超声波电动机的产业化。

压电陶瓷剪切模式用于超声波电动机的研究

介绍了已经采用d15逆压电效应的切变型压电陶瓷元件,如激励扭转振动的压电陶瓷环和筒以及激励行波的压电陶瓷盘等,分析了其在行波型、驻波型等超声波电动机中的应用方式和驱动机理。提出了一种新的切变型弯曲振动的压电陶瓷柱元件,并应用于弯曲摇头型超声波电动机中,有助于满足发展大应变、微型化超声波电动机的需求。

基于PMNT陶瓷的1-3型压电复合材料软模板法制备及其超声换能器研究

医用高频超声换能器广泛应用于人体及生物组织的精细结构成像。1-3型压电复合材料因具有较高的机电耦合系数和较低的声阻抗而成为高频超声换能器的核心材料。基于有限元计算和软模板法设计制备了高性能Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-PbTiO_(3)陶瓷/环氧树脂压电复合材料,并对材料进行了系统的电学性能测试。结果显示该1-3型压电复合材料具有优异的声学综合性能,其厚度伸缩模式机电耦合系数k t达到70.1%,其声阻抗Z a达19.05 MRayl。利用该材料制备了高频超声换能器,其-6 dB带宽达85%,插入损耗为17.7 dB。结果表明使用软模板法制备的压电复合材料具有适合于超声成像的优异的综合性能,有望促进高频超声换能器的商业化应用。

压电陶瓷超声波探头吸收层的研制

本文对压电陶瓷超声波探头吸收层的材料及其性能进行实验研究,并对吸收层的灌制工艺进行探讨,给出了性能优越、成本低廉的超声波探头吸收层制备工艺及材料组成.

一种压电换能器直接驱动钻具的超声波钻探器

为满足深空探测任务中,空间环境苛刻的外星体表面岩石钻取采样任务的使用需求,本文设计了一种基于压电驱动原理,可搭载在漫游车机械臂末端的超声波钻探器。超声波钻探器的压电换能器直接与钻具发生冲击碰撞,以驱动钻具作高频冲击运动,达到冲击破碎岩石的目的。设计了钻探器的压电驱动单元,并理论分析了压电换能器变幅杆与钻具的冲击碰撞过程。通过实验研究了超声波钻探器对砂岩的钻进性能及钻压力与钻具长度对钻探器钻进性能的影响。实验结果表明:所研制的超声波钻探器可对砂岩进行有效钻进,而且所需的钻压力较小,可用于彗星、小行星等弱引力场的地外天体表面岩石的钻取采样。

基于压电换能器的新型超声波助焊技术

利用超声波的机械作用,将超声波应用到焊接技术中,提出一种超声波助焊技术。超声波发生装置发出高频振荡信号,通过压电换能器转换成高频机械振荡而传播到介质,超声波在焊锡溶液中向前辐射,产生较强的压力,使焊锡溶液在瞬间有较大的振荡速度,降低焊锡溶液的表面张力,确保焊锡溶液在被焊接物表面顺利扩展、流动、浸润,提高焊锡溶液的浸润度。实验结果表明,超声助焊能明显提高焊锡对导线的浸润,提高导线焊接质量。

压电陶瓷超声波电机

一、前言 FA(工厂自动化)、机器人和精密定位等自动化系统的发展,除了由于计算机、传感器和信息传输手段的开发之外,还与致动器性能的提高有很大关系。 产业用的致动器一般是使用电磁式电机和油压空压致动器。1962年最早开发的产业机器人用致动器是一种电气油压伺服方式。但在油压伺服系统中不仅要有很多昂贵的油压动力装置用作油压源,而且会因漏油而造成污染。加之,自1973年发生石油冲击之后,产业界出现了采用不用油的伺服系统的倾向。

基于ARM和FPGA超声波压电陶瓷数字变频驱动

针对传统超声波压电陶瓷驱动电源大多是以模拟电路的方式实现,存在驱动电源的功率与频率调节不方便、只能专机专用等问题,研制出一种基于ARM+FPGA的超声波压电陶瓷数字变频驱动电路,在ARM端完成人机对话、功能设置,FPGA硬件实现输出频率与功率可调的驱动电路。本文设计的方案利用FPGA产生带死区的PWM波,其频率和死区时间独立可调、频段为超声波区域的方波信号;再利用专用的自举驱动芯片,驱动大功率IGBT元件。功率驱动电路采用H桥拓扑结构,通过变压器实现变压与功率输出;然后利用滤波电容滤波,得到超声波压电陶瓷所需要的正弦波驱动电源。

超声波探伤仪压电换能器有关参数分析

负载为固体的探头，其频率特性的最大值并不与半波振子的固有频率相同，最佳工作频率决定于频率特性最大值偏移的大小，并与表面加工质量有关。当时分辩率要求不高时，采用声阻抗较小的材料构成λ／４的耦合层来提高换能器的灵敏度。

径向极化压电陶瓷长圆管复合超声换能器的径向振动

提出了一种圆管式径向复合压电陶瓷换能器,并对其径向振动特性进行了分析。该换能器由径向极化的压电陶瓷圆管以及金属外圆管组成。利用解析法得出了金属圆管以及具有任意壁厚的径向极化压电陶瓷圆管径向振动的机电等效电路。基于金属圆管与压电圆管的机械边界条件,得出了换能器的六端机电等效电路。在此基础上得出了换能器共振及反共振频率方程的解析表达式,给出了换能器的共振及反共振频率与其几何尺寸之间的依赖关系。利用数值方法对换能器的径向振动特性进行了模拟及仿真,并与解析结果进行了比较。最后,设计并加工了一些径向复合管式压电陶瓷换能器,利用精密阻抗分析仪对其共振及反共振频率进行了实验测试。研究结果表明,利用解析理论得出的换能器共振及反共振频率与数值模拟结果以及实验测试结果符合很好。

压电超声波马达发展现状及研究方向

阐述了超声波马达和传统电磁电机相比较的优点,对目前超声波马达发展概况和研究现状进行了详细分析,指出日本超声马达研究及应用主要在民用消费品领域,欧洲各国发展重点在高精仪器驱动方面,美国超声马达研究重点在航天领域和军事应用。分别对典型的行波马达、驻波马达、大力矩马达、多自由度马达、微马达以及非接触马达的原理、特点和性能进行了介绍,指出了现阶段超声波马达研究方向在于精确建立数学模型、设计新型马达结构、提高陶瓷材料和摩擦材料性能及改善控制手段等方面,从而全面提高超声波马达寿命和性能,扩展马达的应用领域。

径向复合压电陶瓷超声换能器的径向振动特性研究

对径向复合压电陶瓷超声换能器的径向振动特性进行了分析。该换能器由一个厚度极化的压电陶瓷实心圆盘和一个金属圆环在半径方向复合而成。论文首先研究了压电陶瓷圆盘及金属圆环的径向振动,推出了其径向振动的机电等效电路。在此基础上,利用换能器的径向边界条件,得出了径向复合压电陶瓷换能器的机电等效电路及其共振频率方程。探讨了换能器的共振频率和有效机电耦合系数与其几何尺寸之间的依赖关系。设计并实际制作了一些径向复合超声换能器,对其径向共振及反共振频率进行了测试,并利用有限元法进行了数值模拟。研究表明,利用文中理论得出的换能器的共振频率与实测值及数值模拟结果基本符合。

压电陶瓷复合超声换能器径向振动特性的仿真研究

区别于已有的换能器等效电路分析方法,基于机械系统振动理论,结合本构方程,分析了换能器的径向振动特性。将压电陶瓷复合超声换能器简化为由压电陶瓷圆管与金属预应力管组成的组合厚壁筒力学模型,建立了由压电陶瓷圆管与金属预应力管径向耦合振动波动方程、组合厚壁筒径向振动连续性条件与边界条件组成的换能器径向振动数学模型。建立了换能器径向振动固有频率方程及振型函数,固有频率计算结果与参考文献实验测量值具有较高的符合率。分别基于解析法与差分法求建立了换能器径向振动的数值仿真模型,给出了换能器径向振动的幅频特性与位移响应。仿真结果表明:两种方法所得幅频特性曲线相同、位移响应相同,验证了仿真结果的正确性。通过仿真分析,给出了换能器结构尺寸对其径向振动固有频率的影响规律:当金属预应力管与压电陶瓷圆管壁厚一定时,换能器径向振动固有频率随压电陶瓷圆管内径的增大而减小;当金属预应力管外径与压电陶瓷圆管内径一定时,换能器径向振动固有频率随压电陶瓷圆管与金属预应力管壁厚比值的增大而减小。

一种新型的径向振动高频压电陶瓷复合超声换能器

本文研究了一种新型的径向振动压电陶瓷高频复合超声换能器.该换能器由一个压电陶瓷圆环和一个嵌于其内部的金属圆盘复合而成.首先对压电陶瓷圆环及金属圆盘的径向振动进行了简单分析,推出了其机电等效电路和共振频率方程,分析了压电陶瓷圆环的几何尺寸对其共振及反共振频率的影响.在此基础上,分析了由压电陶瓷圆环和金属圆盘组成的复合换能器的径向振动,得出了其复合机电等效电路和共振频率方程.研究分析表明,对于具有相同外半径的压电陶瓷圆盘和压电陶瓷圆环,压电陶瓷圆盘的径向振动共振频率高于压电陶瓷圆环的径向共振频率,并且,压电陶瓷圆环的内半径越大,其径向共振频率越低.当在压电陶瓷圆环内部嵌入一金属圆盘而组成一径向复合超声换能器时,其径向共振频率高于压电陶瓷圆盘的径向共振频率,从而达到了提高换能器共振频率的目的.研制了一些径向复合高频超声换能器,并对其共振频率进行了测试,测试数据证明了理论结果的正确性.

大功率超声波压电换能材料的研究

介绍了大功率超声波压电换能材料在工业及国防上的主要应用。通过对传统压电陶瓷工艺在某些工序的改进,如二次细磨的湿式化及通过四元系压电陶瓷配方的优化发现可制备出高居里温度(TC=330℃)大功率超声压电陶瓷换能器材料,测得其压电常数(d33)可达350,机械品质因数1 200,机电耦合系数(kp)为0.6,同时具有良好的一致性、机械强度和抗冲击能力。

一种压电超声波物料输送器

利用压电陶瓷元件具有良好声电转换特性和输出特性,本文提出了一种新型结构的压电超声波物料输送器。设计了超声波物料输送器的结构并分析了其工作原理,采用纵扭复合型压电换能器为驱动源,对压电换能器进行了结构设计和参数计算,并对其进行了性能测试。由此研制出了压电超声波输送器的样机并进行了试验测试,结果表明:当频率为17.9 kHz–18.6 kHz时,输送器具有输送物料能力。驱动负载为1.5 kg时系统的谐振频率为18.3 kHz,输送速度最快,达到64个/min。随着电源输出功率的增大输送物料速度呈线性增加。该输送器的稳定性好,噪声低。与压电片式和电磁式输送器噪声进行对比,超声波输送器的工作噪声仅为31 dB,略小于压电片式,远小于电磁式。

用于深油井超声探测换能器的PT－PSN系压电陶瓷

如果在ＰｂＴｉＯ３（ＰＴ）粉末中添加适量的Ｐｂ（Ｓｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３（ＰＳＮ）粉末，可以制成高温ＰＴ－ＰＳＮ系陶瓷，并可以把此种陶瓷用于制作深油井超声探测换能器。本文主要报导ＰＴ－ＰＳＮ系压电陶瓷的制备工艺、性能参数和试验结果。

陶瓷过滤机超声波清洗装置结构分析

介绍陶瓷过滤机超声波清洗装置两种不同的结构形式,对各自工作原理和结构形式进行了分析比较。采用升降式超声波清洗装置提高了陶瓷过滤机系统的稳定性和可靠性;实际工业应用中的运行维护更加方便,降低了维护难度。为陶瓷过滤机拓展在强腐蚀性物料脱水过滤领域中的应用创造了条件。但是,采用升降式超声波清洗装置会导致陶瓷过滤机的制造成本增加。