實(shí)驗(yàn)名稱：功率放大器基于二維橢圓超聲振子的制作和振動(dòng)特性測試應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簷z測并驗(yàn)證所制作的壓電陶瓷振子的實(shí)際諧振頻率是否和設(shè)計(jì)相同

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

通過在一大塊壓電陶瓷上分割電極，實(shí)際上起到四片壓電陶瓷并列排放的效果，電極的材料為Ag，功率放大器驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷通過鍍膜的方法鍍在壓電陶瓷表面，壓電陶瓷和304不銹鋼基體通過環(huán)氧樹脂膠粘接，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)的傳遞。

實(shí)驗(yàn)過程：

諧振特性分析所用的電路圖如圖所示，頻率特性分析儀提供掃頻的輸出信號(hào)，并可以測量壓電陶瓷振子兩端的電壓和通過壓電陶瓷振子的電流，功率放大器（ATA-4052)將輸入信號(hào)放大后加到振子電路中，壓電陶瓷振子串聯(lián)一歐姆標(biāo)準(zhǔn)電阻。掃頻范圍為20k—30kHz。其中當(dāng)只有間隔的兩個(gè)電極通電時(shí)，振子的B4模態(tài)被激勵(lì)，當(dāng)四個(gè)電極同時(shí)通電時(shí)，振子的L1模態(tài)被激勵(lì)。

橢圓超聲振子諧振特性分析電路圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

從圖中可以看出，振子B4模態(tài)的諧振頻率為24.10kHz，反諧振頻率為24.22kHz，L1模態(tài)的諧振頻率為24.01kHz，反諧振頻率為24.24kHz。兩種振動(dòng)模式的諧振頻率之間的差異約為0.09kHz，在使用該超聲振子時(shí)這種程度的誤差在允許范圍內(nèi)。此外，由于兩個(gè)振蕩模式之間的共振頻率差較小，因此對(duì)于縱向和彎曲振動(dòng)都可以在同一頻率下獲得最大振幅，此時(shí)合成的橢圓振動(dòng)的振幅將是最大的。

另一方面，兩種振動(dòng)模式中的反共振點(diǎn)之間的差異約為0.02kHz，差異很小。因?yàn)楫?dāng)超聲振子在共振點(diǎn)被激勵(lì)時(shí)，雖然阻抗很小并且振幅最大。但是，如果使用接近共振點(diǎn)的頻率，對(duì)壓電陶瓷會(huì)施加比較大的負(fù)荷，這可能導(dǎo)致壓電陶瓷材料的破裂或破裂。而當(dāng)在反共振點(diǎn)處激勵(lì)時(shí)，阻抗增加并且功耗最小化。因此，激勵(lì)信號(hào)的頻率通常位于反共振點(diǎn)，0.02kHz的差異符合要求。因此可知，圖所示的振子在24.22kHz的頻率下激勵(lì)時(shí)會(huì)產(chǎn)最優(yōu)的超聲橢圓軌跡。

L1模態(tài)的阻抗特性曲線

B4模態(tài)的阻抗特性曲線

兩種振動(dòng)模式中的反共振點(diǎn)之間的差異約為0.02kHz，差異很小。因?yàn)楫?dāng)超聲振子在共振點(diǎn)被激勵(lì)時(shí)，雖然阻抗很小并且振幅最大。但是，如果使用接近共振點(diǎn)的頻率，對(duì)壓電陶瓷會(huì)施加比較大的負(fù)荷，這可能導(dǎo)致壓電陶瓷材料的破裂或破裂。而當(dāng)在反共振點(diǎn)處激勵(lì)時(shí)，阻抗增加并且功耗最小化。因此，激勵(lì)信號(hào)的頻率通常位于反共振點(diǎn)，0.02kHz的差異符合要求。因此可知，如圖所示的振子在24.22kHz的頻率下激勵(lì)時(shí)會(huì)產(chǎn)最優(yōu)的超聲橢圓軌跡。

L1模態(tài)和B4模態(tài)的阻抗特性對(duì)比