一种高效空气超声换能器的设计研究

【摘要】：正1.引言 空气超声换能器是一种广泛应用于工业测量中的传感器。由于换能器材料的声阻抗与空气的声阻抗存在三个数量级以上的差异,因此辐射效率一直是空气换能器设计的主要问题。辐射效率的问题归根结底是如何在介质中产生最大同相动体积速度的问题。一种比较常用的设计方法是,以串联的振子推动—喇叭口型辐射器,如图1。为了防止辐射器出现弯曲振动,喇叭口型辐射器要做得很厚,因而振子所驱动的附加质量很大,效率很低。为了解决这一矛盾,首先,我们采用薄板型辐射器取代喇叭口型辐射器,辐射器的质量大大减轻,陶瓷振子所驱动的附加质量大幅度减小。针对计算的振动模式,进行相应的相位补偿,则可以消除弯曲振动模式的影响。另外,采用锥形变幅杆的设计,可以大大提高振动幅度。