耦合超声振动系统的辐射特性

胡 静，王成会，李 锦

（陕西师范大学物理学与信息技术学院，陕西西安710119）

耦合超声振动系统的辐射特性

胡 静，王成会，李 锦

（陕西师范大学物理学与信息技术学院，陕西西安710119）

研究了一种用于液体中的由纵向夹心式换能器和纵径尺寸接近的金属圆柱辐射器构成的新型大功率超声振动系统。通过表观弹性法获得金属圆柱纵径耦合振动的机电等效电路及共振频率方程。对耦合振动系统的辐射特性进行了理论和数值分析，并通过实验进行验证。研究表明：该振动系统的圆柱辐射器的耦合振动可等效为一维径向振动和一维纵向振动的复合，其通过耦合系数相互作用；适当选择辐射圆柱的几何尺寸，振动系统产生强烈的纵径耦合振动，从而有效地辐射大功率超声波。

耦合；机电等效电路；共振频率

PACS：43.35.+d；43.38.+n

在功率超声和水声应用领域，常需要使用大功率的辐射器。纵向夹心换能器由于具有机械强度高，输出功率大，电声转换系数大以及结构简单等优点被广泛应用［1－5］。然而，随着如声化学、超声清洗以及超声液体处理等大功率超声技术的发展，对大功率超声换能器及具有大辐射表面的大功率辐射器的需求在增加。同时超声处理的液体容器的容积也在增大，需要具有多维辐射能力的超声波辐射器。在这种情况下采用传统的纵向夹心超声换能器存在两个方面的不足：纵向夹心式换能器的设计是基于一维设计理论，即换能器的横向尺寸要小于辐射声波波长的1／4，因此换能器的声波辐射面积受到限制，很大程度上限制了此类换能器辐射功率；……