管道检测用圆弧形复合超声波振子设计

• 作者: 李云飞 杨效龙 张飞 毛赫
• 来源期刊: 华中科技大学学报（自然科学版）
• 关键词: 管道检测 金属球壳 压电陶瓷 复合超声波换能器 耦合振动 有限元分析
• 年，卷（期）: 2021,（3）
• 所属期刊栏目: 电子与信息工程|Electronic and Information Engineering
• 页码范围: 34-39
• 页数: 6页
• 分类号: TB552
• 语种: 中文
• DOI: 10.13245/j.hust.210307

摘要

针对自主研发的球形管道检测器的定位需求,采用圆弧形压电陶瓷与检测器金属球壳本体相结合的方式,设计了一种圆弧形复合超声波振子.基于压电方程,采用直接耦合分析方法将机械参数和压电参数统一到同一个分析式中,对圆弧形压电陶瓷与金属球形壳体的耦合振动特性和机电能量转化效率进行理论分析.在此基础上,通过基于有限元的数值仿真方法对其进行模态分析和谐响应分析.经过分析可知:所设计的圆弧形复合超声波振子有两个明显谐振频率点,分别为52.1 kHz和76.2 kHz,而在76.2 kHz下的机械品质因素和有效机电耦合系数等性能指标均优于52.1 kHz,且主要振型为径向振动为主的有弯曲振动.经过对实际研制的圆弧形复合压电振子进行阻抗分析可见,实际主谐振频率为72 kHz,在不同工作频率下实际测量的驱动波形结果与仿真分析趋势一致.