压电换能器谐振频率动态检测的研究.pdf

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1、压电换能器谐振频率动态检测的研究李祖胜。等压电换能器谐振频率动态检测的研究StudyonDynamicDetectionOfResonantFrequencyforPiezoeIectr．cTransducers李袒舱李艺赵日月鸟主(苏州大学机电工程学院，江苏苏州215021)摘要：超声波换能器串联谐振频率的检测和研究都是基于静态分析，因而存在无法对实际应用电路进行动态参数的识别和实时跟踪的缺点。基于压电换能器的等效电路，结合导纳圆分析，提出了一种检测换能器谐振频率和相关参数的方法。该方法对超声波电源实

2、现自动识别、跟踪以及动态匹配压电换能器谐振频率等具有非常重要的参考作用。动态检测结果表明，该方法可以较好地检测出压电换能器的谐振频率。关键词：换能器等效电路谐振频率动态检测DsP中图分类号：1M938．8文献标志码：AAh出恤ct：ThedetectionaIld他眈amhonthe鸵蒯弛80nantf÷equencyofIIltrasorIictmlIsducera陀allk峙ed∞sbticanalysis．tlIust'Iedyn锄icplu狮eteridentifieation锄d陀al·tim

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6、言随着超声抛光加工技术的深入研究⋯，对超声波电源也提出了新的要求。市场上超声电源和换能器基本都是一对一配置，一旦更换不同的换能器，超声波电源就无法识别新换能器的谐振频率，从而进行动态匹配。目前，对于超声波电源的研究主要集中在如何提高功率、改进控制方式和频率跟踪等方面旧。1，对压电换能器串联谐振频率的理论研究也仅限于静态的分析测量p。71。由于在超声抛光中要更换不同的加工设备，这样的研究也就无法满足超声抛光的要求，限制了超声波电源的使用范围。本文主要讨论和介绍了一种在动态情况下检测换能器谐振频率的方法，对

7、以后研究新型的、可以自动识别换能器参数的超声波电源有一定的借鉴和指导作用。l谐振频率检测1．1换能器的特性超声波电源的负载中较为常用的是压电换能器，修改稿收到日期：20lO一魄一24。第一作者李祖胜，男，1979年生。现为苏州大学精密仪器及机械专业在读硕士研究生：主要从事智能仪表反动态测试方面的研究。<自动化仪表》第32卷第5期2011年5月要使压电换能器1二作在最佳状态，就必须了解换能器的等效电路和相关的参数。压电换能器的等效电路有多种形式，典型的有M鹅on等效电路和KLM等效电路。M啪n等效电路是一

8、个描述压电振子机电特性的六端口网络，而KcM等效电路是在M踟n等效电路的基础上提出的，它是把压电片的电学特性用集中参数表示，力学部分用传输线表示。压电换能器的等效电路如图l所示。图1压电换能器等效电路Fig．1Eqtlivalentcircuitpiez∞lectrictI彻sducer图l中，R。为静态电阻，通常阻值很大，一般不考虑；C。为静态等效电容，是一个实际存在的量；R。为动态电阻；L，为动态等效电感；C，为动态等效电容。1．2测量静态电容C．压电换能器在没有工作时就相当于一个电容，这个电容的大

9、小就是换能器的静态电容C。。对于静态电容C。，可以在低频时(一般小于lkHz)通过测量获得，测量电路如图2所示。图中电路的开关K由控制53压电换能器谐振频率动态检测的研究李祖胜。等电路控制。图2静态电容测量电路F培．2蜘ccapacitallceme鹊uringcircuit电路的阻抗z可由式(1)求得：z：尺懈：型旦掣挲s-。l+∞2《《．蟛∞co⋯’再而⋯式中：Rd为电容的静态电阻；甜=2衫，其中／为外加频率信号；尺。为开关K连接的R。