硕士学位论文开题报告

陕西师范大学

硕士学位论文开题报告

论文题目： 夹心式径向激发压电圆管换能器 耦合振动的研究 报 告 人： 赵学慧 申请学位： 硕士学位 所在学院： 物理与信息技术学院 学科专业： 声学 指导教师： 林书玉 报告时间： 2011.04.

陕西师范大学研究生部制表

一、 立论依据： （论文选题的研究意义，国内外研究现状分析） 频率是功率超声各种应用中的重要影响因素，按照一维振动理论，换能器谐振时，整个振子的长度为波长的一半。所以，当振子长度一定时，其谐振频率也决定了，从理论上讲换能器只能在一个频率上工作。对于压电圆管换能器，有两个频率，一个是径向频率一个是纵向频率(也叫轴向频率)。学者们已经对各种极端情况下的压电圆管进行了研究，比如长度远大于直径的长圆管或者长度远小于直径的圆环。振子的振动特性直接影响到换能器的动态性能，对其振动模式的研究是设计该类换能器的基础，因此，此项工作有重要的理论与实际意义。圆管形振子分为轴向、切向、径向极化三种类型，轴向、切向极化振子激励电极与极化电极不同，且轴向极化振子的极化及激励电压比径向极化高得多，工程上几乎没有应用，径向极化径向激励的振子，极化电极和激励电极可以合二为一，极化及激励电压也较低，在制作工艺上更有优势[1]，实际应用也较多。关于径向极化管形振子的径向振动模式，前人的研究多采用薄膜或者薄壳理论[2]，薄膜理论在运动方程中忽略了剪应力和径向正应力，薄壳理论保留剪应力，且上述理论只适用于特殊尺寸振子，如薄壁、以及纵向和径向尺寸比厚度大多个数量级的理想情形，从而给应用带来不便。 径向极化圆管超声换能器现状分析 1. 周洪福编著的《水声换能器及基阵》一书中对圆柱型换能器的理论进行了研究，重点介绍了径向极化压电圆柱换能器。根据薄壁理论得到 1

2rT022a了圆柱形陶瓷的振动方程。t 求出了几种几何尺寸特殊情况下的谐振频率。并且得到高度与直径比在2rT022ta 时耦合程度很高。 2. 林书玉教授在《径向复合压电陶瓷换能器的径向振动研究》一文中介绍了纵向极化径向复合压电陶瓷换能器，该换能器的主要特点是纵向极化，沿着径向复合的换能器，推导出机电等效电路图，并且研究了谐振频率与几何尺寸的关系。 3. 高炳山，林教授《径向极化厚壁压电陶瓷细长管的径向振动》一文中对径向极化厚壁压电陶瓷细长管进行了研究，利用解析法得到其谐振和反谐振频率，并且有限无法分析了径向振动模态。 4. 通过耦合振动实现 1977年，日本学者森荣司提出了表观弹性理论，表述如下：在只考虑伸缩形变而不考虑剪切形变的条件下，对材质均匀的弹性体，其振动可以看作是由相互垂直的纵向振动耦合而成，在不同的方向振动看作有不同的表观弹性常数（即等效杨氏模量）。在此条件下弹性体的耦合振动可以由各个方向上的一维纵振动来表示。从整体上看，各个方向上的等效纵振动通过耦合系数构成弹性体的耦合振动。 注：可用A4纸加附页

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二、研究方案： 1.研究目标、研究内容和拟解决的关键问题： 研究目标：通过对压电陶瓷管和金属管的振动方程的振动方程的研究，推导出夹心式压电陶瓷管换能器的谐振频率并且有大的功率输出。 研究内容：首先通过对压电陶瓷管振动方程的研究，推导出谐振频率，然后通过金属管的振动方程的来推导出它的谐振频率。 2．拟采取的研究方法（或技术路线、实验方案）及可行性分析

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3．本研究的特色与创新之处： 4．预期的论文进展和成果： 5．论文工作量、年度研究计划、可能遇到的困难和问题及相应的解决办法： 注：可用A4纸加附页

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三、论文提纲：

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主要参考文献目录 序号 作者 文章题目（书目） 期刊名称（出版单位）、时间 注：可用A4纸加附页

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