压电超声换能器电负载调频特性研究

doi:10.3901/JME.2017.19.045

机械工程学报 ›› 2017, Vol. 53 ›› Issue (19): 45-51.doi: 10.3901/JME.2017.19.045

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压电超声换能器电负载调频特性研究

王天圣^1,2, 吴志军^1,2, 冯平法^1,2, 张建富^1,2, 郁鼎文^1,2

1. 清华大学机械工程系北京 100084;
2. 清华大学精密超精密制造装备及控制北京市重点实验室北京 100084

收稿日期:2016-10-15 修回日期:2017-02-10 出版日期:2017-10-05 发布日期:2017-10-05
通讯作者: 张建富(通信作者),男,1975年出生,博士,副教授,博士研究生导师。主要研究方向为精密超精密加工技术、数字化设计与制造技术,E-mail:zhjf@tsinghua.edu.cn
作者简介:王天圣,男,1992年出生。主要研究方向为超声振动装备,E-mail:wangts14@mails.tsinghua.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金资助项目（51475260），北京市自然科学基金资助项目（3141001）。

Characteristics of Piezoelectric Ultrasonic Transducer with Electric Load Modifying Frequency

WANG Tiansheng^1,2, WU Zhijun^1,2, FENG Pingfa^1,2, ZHANG Jianfu^1,2, YU Dingwen^1,2

1. Department of Mechanical Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084;
2. Beijing Key Laboratory of Precision/Ultra-Precision Manufacturing Equipments and Control, Tsinghua University, Beijing 100084

Received:2016-10-15 Revised:2017-02-10 Online:2017-10-05 Published:2017-10-05

摘要/Abstract

摘要： 压电超声换能器由于具有较高的机械品质因数，因此对谐振频率的变化十分敏感。在负载、温度等工况因素影响下，超声换能器谐振频率会发生偏移，从而造成其出现工作性能下降甚至完全失效。提出一种电负载影响下的超声换能器等效电路，建立谐振频率与电负载的关系模型，并通过仿真以及试验进行验证。结果表明，这种电负载调频的压电超声换能器，可以有效地克服谐振频率偏移带来的性能损失问题，为新型超声加工系统的研制奠定了理论基础。

关键词: 超声换能器, 电负载, 调频, 有限元, 振动特性

Abstract: Due to the high mechanical quality factor, piezoelectric ultrasonic transducers are sensitive to the change of the resonance frequency. When the ultrasonic transducers are affected by the loads, heat and other factors during working, the resonance frequency will change. This will result in the system's working ability dropping or even failure. The equivalent circuit of ultrasonic transducer with electric load is proposed. A mathematics model of the transducer's resonance frequency and the electric load is established, and proved by both simulation and experiment. The result shows that this kind of ultrasonic transducer can overcome the efficiency loss resulted from the change of resonance frequency. The conclusion is useful to the manufacturing of new ultrasonic machining systems.

Key words: electric load, FEM, frequency modification, ultrasonic transducer, vibration characteristics

中图分类号:

TG663

王天圣, 吴志军, 冯平法, 张建富, 郁鼎文. 压电超声换能器电负载调频特性研究[J]. 机械工程学报, 2017, 53(19): 45-51.

WANG Tiansheng, WU Zhijun, FENG Pingfa, ZHANG Jianfu, YU Dingwen. Characteristics of Piezoelectric Ultrasonic Transducer with Electric Load Modifying Frequency[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2017, 53(19): 45-51.

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Characteristics of Piezoelectric Ultrasonic Transducer with Electric Load Modifying Frequency

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