基于Matlab压电超声换能器匹配电路的研究.pdf

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1、设计·研究《电加工与模具}2014年第2期基于Matlab压电超声换能器匹配电路的研究张伟涛，张永俊，姚震(广东工业大学机电工程学院，广东广州510006)摘要：为了使超声振子获得良好的振动效果，必须设计高效的匹配电路。对单个电感、电容的串联和并联匹配电路进行了研究。并-j用等效电路法推导出匹配电路的阻抗公式，根据该公式，采用Matlab平台仿真得到不同参数的各匹配电路阻抗特性曲线。通过分析阻抗特性曲线得出匹配电路及匹配参数对系统谐振频率、阻抗及机电耦合系数的影响规律。实验结果表明：仿真结果与实验结果一致．所得结论为压电换能器匹配电路的设计提供了理论依据。关键词：匹配电路；压电

2、换能器；谐振频率；阻抗；机电耦合系数中图分类号：TG663文献标识码：A文章编号：1009—279X(2014)02—0047—04StudyoftheMatchingCircuitsofPiezoelectricUltrasonicTransducerBasedonMatlabZhangWeitao．ZhangYongjun，YaoZhen(GuangdongUniversityofTechnology，Guangzhou510006，China)Abstract：Inordertoobtaingoodvibrationperformanceofultrasonicvibra

3、tor，theefficientmatchingcircuitmustbedesigned．Thesingleinductanceandcapacitanceoftheseriesandparallelmatchingcircuitisstudied．Usingthemethodofequivalentcircuit，matchingcircuitimpedanceformulaisderived．Accordingtotheimpedanceformula，thedifferentparametersoftheimpedancematchingcircuitcharacter

4、isticcurveareobtainedbyMatlabsimulationplatform．Throughanalyzingtheimpedancecharacteristiccurve，theinfluencelawsofmatchingcircuitandparametersonsystemresonancefrequency，impedancematchingandelectromechanicalcouplingcoefficientalefoundout．Theexperimentalresuhsshowthatthesimulationresultsarecon

5、sistentwiththeexperimentalresults．Theconclusionprovidessometheoreticalbasisfordesignofmatchingcircuitsofpiezoelectrictransducer．Keywords：matchingcircuit；piezoelectrictransducer；resonant~equency；impedance；electro—mechanicalcouplingcoemcient随着超声技术的不断研究与发展，超声加工、构成。以减少其自身的损耗。换能器的本质属于一超声焊接及超声清洗等大

6、功率超声技术的应用越种谐振系统，由于加入了匹配电路中的电感和电来越广泛。超声应用的核心设备主要由超声波电容，使换能器的性能受到一定程度的影响。文献【1】源、匹配电路及换能器等构成。其中，匹配电路能较在忽略动态电阻的情况下。推导出单个电感、电容好地实现系统能量高效传输。有效降低各部分之间串联和并联匹配的电抗或电纳特性曲线，从中得到多次反射造成的能量损失，保证超声系统安全高效电感、电容的加入会对谐振频率和机电耦合系数产的运行。目前，匹配电路已成为超声技术应用领域生不同的影响．但未充分论证电感、电容的加入会中的研究热点之一。对系统阻抗产生何种影响。文献【2一研究了电感、匹配电路一般采

7、用电感或电容等储能型元件电容组合匹配电路，推导了匹配电路在谐振频率处的阻抗公式及最佳匹配元件的参数。然而，匹配元收稿日期：2013—12—26件的加入会使谐振频率发生改变，导致计算结果与基金项目：广东省科技厅粤港关键领域重点突破项目(2006A15101004)实际情况存在一定的误差。由于实际工程应用对匹第一作者简介：张伟涛，男，1989年生，硕士研究生。配电路性能的要求越来越高。因此，对匹配电路进．．——47．．——《电加T与模具)2Ol4年第2期设计·研究行研究是极有必要的。针对上述问题