超聲換能器的分析方法 超聲換能器包含了電路系統(tǒng)、機(jī)械振動系統(tǒng)和聲學(xué)系統(tǒng) 并且三者在換能器工作時 有機(jī)地結(jié)合在一起成為一個統(tǒng)一的整體. 這樣就決定了對它的研究方法是融合了電子學(xué)、力學(xué)、聲學(xué)等諸方面的研究方法 并且通過電 - 力 - 聲類比 使三者能夠用統(tǒng)一的等效機(jī)電圖和等效方程式 方便地進(jìn)行對其深入的研究。

為了確定超聲換能器的工作狀態(tài) 必須求出它的機(jī)械振動系統(tǒng)的狀態(tài)方程式和電路系統(tǒng)狀態(tài)方程式.換能器機(jī)械系統(tǒng)的狀態(tài)方程式 (簡稱為機(jī)械振動方程 )是換能器處于工作狀態(tài)時 描寫它的機(jī)械振動系統(tǒng)的力與振速的關(guān)系式 而電路系統(tǒng)的狀態(tài)方程式 (簡稱電路狀態(tài)方程式 )是描寫電路系統(tǒng)的振動特性的. 由于換能器的機(jī)械系統(tǒng)和電路系統(tǒng)是互相耦合的 所以機(jī)械系統(tǒng)的振動會影響到電路的平衡 而電路的變化也會影響到機(jī)械系統(tǒng)的振動 因此我們總是利用這些方程組分析、討論換能器的工作特性。

在超聲換能器的設(shè)計過程中 有限元計算方法得到了青睞 其中普遍的商用軟件就是ANSYS. 其中與換能器設(shè)計有關(guān)的問題主要是結(jié)構(gòu)分析、壓電耦合分析、流體 - 結(jié)構(gòu)耦合分析 有時還要用到電磁場分析、熱分析等. 用 ANSYS設(shè)計分析換能器的突出優(yōu)點是不受換能器結(jié)構(gòu)及尺寸的限制 可進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)換能器的設(shè)計. 利用有限元軟件進(jìn)行換能器的設(shè)計能方便地計算出換能器的諧振頻率 觀察諧振時換能器各部分的位移分布 得到換能器的導(dǎo)納曲線、發(fā)射接收的頻率響應(yīng)曲線和指向性圖 還可進(jìn)行換能器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。