基于壓電振子徑向振動(dòng)的匹配層氣介超聲換能器設(shè)計(jì).pdf

1、隨著我國(guó)天然氣戰(zhàn)略的穩(wěn)步推進(jìn)，天然氣產(chǎn)業(yè)對(duì)氣體超聲波流量計(jì)的需求量急劇增加，繼續(xù)使用進(jìn)口的氣體超聲波流量計(jì)將大大增加天然氣基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)成本，所以有必要研發(fā)國(guó)產(chǎn)經(jīng)濟(jì)型氣體超聲波流量計(jì)。作為氣體超聲波流量計(jì)主要測(cè)試部件，氣介超聲換能器的性能參數(shù)將直接影響氣體超聲流量計(jì)的整體性能，而目前市場(chǎng)上沒(méi)有一款能夠符合氣體超聲波流量計(jì)需求的氣介超聲換能器，因此需要重新設(shè)計(jì)新結(jié)構(gòu)的換能器。
　　本文首先根據(jù)氣體超聲波流量計(jì)對(duì)換能器的要求，結(jié)合相關(guān)

2、的換能器設(shè)計(jì)理論，確定換能器中壓電振子為徑向振動(dòng)模式的PZT-5H材料，并初步計(jì)算了振子的尺寸參數(shù)。根據(jù)匹配層介質(zhì)的相關(guān)設(shè)計(jì)理論，得到理想條件下匹配層的相關(guān)參數(shù)。并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了利用圓片壓電振子徑向振動(dòng)模式，帶匹配層結(jié)構(gòu)的氣介超聲換能器的基本結(jié)構(gòu)。
　　然后為了對(duì)換能器的工作狀態(tài)進(jìn)行分析，便于后續(xù)對(duì)換能器的優(yōu)化，使用ANSYS有限元分析軟件對(duì)本文中提出的換能器在徑向諧振頻率附近的的模態(tài)和諧響應(yīng)進(jìn)行了分析，接著分別分析了換能器結(jié)構(gòu)

3、中壓電振子和匹配層的尺寸參數(shù)對(duì)換能器的頻率特性和指向性的影響。此外還使用瞬態(tài)分析研究了固定激勵(lì)條件下，本結(jié)構(gòu)的換能器的靈敏度隨匹配層尺寸參數(shù)的變化情況。
　　最后制作了本文提出的換能器樣機(jī)，并測(cè)試了相關(guān)性能參數(shù)。通過(guò)和仿真分析的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了換能器的匹配層參數(shù)對(duì)換能器阻抗曲線的影響規(guī)律。通過(guò)測(cè)試一對(duì)相同換能器一發(fā)一收時(shí)的頻率響應(yīng)曲線，分析了換能器的工作頻率、靈敏度隨匹配層尺寸參數(shù)的變化規(guī)律，同時(shí)對(duì)固定激勵(lì)下?lián)Q能器靈敏度隨匹配