圓板型壓電振子機(jī)械調(diào)頻方法的研究.pdf

1、近些年，由于壓電陶瓷具有的正逆壓電效應(yīng)，能夠?qū)崿F(xiàn)電能、機(jī)械能、聲能等多種類型能量之間的相互轉(zhuǎn)化，已經(jīng)被廣泛用于制作成各種用途的換能器。所以對壓電換能器的研究得到了國內(nèi)外的高度重視。不同的換能器根據(jù)應(yīng)用場合的不同都有相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)，而諧振頻率是各類換能器共同的也是最為重要的技術(shù)參數(shù)。只有在諧振狀態(tài)下，換能器能量的轉(zhuǎn)換效率才能達(dá)到最大。諧振頻率的大小又影響各類換能器的工作性能。對于某些特定的換能器，如果能夠調(diào)節(jié)它的諧振頻率，那么將擴(kuò)大該換能

2、器的應(yīng)用范圍。因此，有必要研究如何調(diào)節(jié)壓電陶瓷振子的諧振頻率。
　　根據(jù)彈簧質(zhì)量振動系統(tǒng)諧振頻率的基本模型，決定其諧振頻率的主要參數(shù)有兩個(gè)，即剛度和質(zhì)量，因此本文將從剛度和質(zhì)量兩個(gè)方面入手，開展調(diào)節(jié)振子諧振頻率的實(shí)現(xiàn)方法的研究。
　　決定壓電振子剛度特性的因素除振子本身的材料、構(gòu)型及尺寸等參數(shù)外，約束條件是最重要的因素。從頻率調(diào)節(jié)的技術(shù)可實(shí)現(xiàn)性角度考慮，約束條件中的約束剛度又取決于約束強(qiáng)度和約束位置。根據(jù)這一原理設(shè)計(jì)了能夠調(diào)

3、節(jié)剛度的結(jié)構(gòu)，并建立有限元模型。經(jīng)過研究，改變約束的大小即為讓模型有初始應(yīng)力，然后進(jìn)行有預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析，得到當(dāng)前對應(yīng)的諧振頻率和振型，記錄結(jié)果畫出曲線，得到諧振頻率的變化趨勢。再加工實(shí)物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，驗(yàn)證仿真結(jié)果的正確性。
　　考慮到振動系統(tǒng)本身結(jié)構(gòu)部分的質(zhì)量保持不變，因此采用附加質(zhì)量的方法調(diào)節(jié)振動系統(tǒng)的質(zhì)量。為了實(shí)現(xiàn)質(zhì)量的連續(xù)性變化，提出了附加液體的方法。在這一基礎(chǔ)上選用膜盒這一元件。將壓電振子粘在膜盒表面，帶動膜盒及其腔內(nèi)液

4、體一起震動。而由于膜盒具有受壓膨脹的特點(diǎn)，通過調(diào)節(jié)注射到它內(nèi)部液體的質(zhì)量，即可改變整個(gè)振動系統(tǒng)的質(zhì)量。因此又設(shè)計(jì)了符合要求的液體流道以及注射器的夾具及推進(jìn)裝置，同時(shí)用壓力表檢測系統(tǒng)內(nèi)部的壓力。最后得到諧振頻率與質(zhì)量變化之間的關(guān)系以及諧振頻率與系統(tǒng)內(nèi)部壓力之間的關(guān)系。
　　通過以上兩種方法的仿真分析及實(shí)驗(yàn)研究，得出了以下幾點(diǎn)結(jié)論。壓電振子的諧振頻率隨其約束強(qiáng)度的增大而增大，約束強(qiáng)度的增大又會阻礙壓電振子的自由振動，當(dāng)約束強(qiáng)度增大到一