超声波发生器与换能器的匹配设计.pdf

目录刖舌.1第1章超声波清洗的原理与应用.31.1超声波清洗的原理.51.2超声波清洗的应用.51.2.1超声波清洗的主要应用范围.61.2.2通用超声波清洗机应用.81.2.3专用超声波清洗机应用.101.2.4超声波清洗机应用于电镀前处.11第2章 超声波发生器与换能器的概述.122.1 产生超声波的功率源电路.122.1.1声跟踪.132.1.2电跟踪.132.1.2.1阻抗电桥形式的动态反馈系统.142.1.2.2负载分压方式的反馈系统.152.1.2.3锁相式频率自动跟踪.172.2超声换能器的概述.18第3章超声波发生器与换能器的匹配设计.193.1匹配概述.193.2阻抗匹配.203.2.1工作磁通密度B的选取.203.2.2要保证初级电感量足够大.213.2.3要考虑“集肤效应”的影响.213.3调谐匹配.233.4关于匹配电感的设计.25结束语参考文献致谢摘要清洗是一种与人们生活实践关系十分密切的劳动，人类从远古时 期就开始从事这种劳动。由于传统清洗操作简单，或只是作为一道 工序依附于生产过程中，没有引起广 泛关注。进入21世纪，人们生 活已经从温饱阶段进入到舒适时代，对于清洗产品越来越多的需求,加速了新产品研发步伐；同时，制造业的高速发展，也促进了清洗设 备、清 洗剂等企业的快速进步。民用、工业两大清洗领域巨大的市 场需求，造就了中国清洗行业崭新的未来。清洗可以从不同的角度进行分类，根据清洗范围的不同，目前通 常将清洗分为民用清洗和工业清洗两类,近年来，新技术也不断地被 应用于清洗技术之中，如随着生物技术的发展，越来越多的酶和微生 物在清洗技术中被使用。这利用的是生物化学反应；在空气净化和水 处理过程中，活性炭的使用也越来越普及，这利用的是吸附作用，另 外，还有电解清洗等，因此，将清洗简单地分为几类，已经不能完全 涵盖当前清洗技术飞速发展的现实状况。关键词 超声波，清洗，阻抗，发生器，换能器、0 1刖 百在市场经济的环境下，对产品质量要求越来越高。为保证产品质量，许多 企业在产品生产过程中，将采用清洗工艺来提高产品质量，为企业创造良好的经 济效益。当前在一些工业产品生产过程中，应用超声波清洗是一种洗净效果好，价格 经济，有利于环保的清洗工艺。超声波清洗机可以应用于清洗各式各样体形大小,形状复杂，清洁度要求高的许多工件。例如可用于清洗钟表零件、照相机零件、油咀油泵、汽车发动机零件、精密轴承零件、齿轮、活塞环、铳刀、锯片、宝石、医用注射器及各种光学镜头等；还可以用于清洗印制板、半导体晶片及器件、显 象管内的精密零件、磁性元件、硅片、陶瓷晶片、插头座、焊片、电极引线等电 子类产品。一种物件的清洗可以根据其污垢的性质，采用机械物理力清洗的方法或化学 力清洗的方法，还可以用各种组合方法来进行清洗。若是用自来水或净水为清洗 液的超声波清洗属物理力的清洗，若在清洗液中添加一些洗涤剂，则属于组合清 洗，对不同的清洗对象选用不同的洗涤剂，更具有明显的清洗效果。表0 T为几种清洗方法洗净效果比较。清洗方法剩余残留物%吹式清洗86浸润式清洗70蒸气式清洗65刷子清洗8超声波清洗G-O.5表0-1为两种清洗方法洗净效果比较。图0-1超声波清洗效果清洗作为一种古老而乂新兴的活动和技术，正日益引起人们的兴趣和关 注.清洗是一门技术，是一个新兴的多学科技术领域。清洗行业量大而面广，无 处不有，与人类社会生产，生活各方面息息相关.清洗技术的发展是人类文明的 一个重要标志，清洗技术水平反映了一个人.一个民族、一个国家的文明进步程 度和科学技术的发展水平。今后.清洗技术的发展将更加迅速.普及.大批的大专院校.科研院所。专 业公司的科技人员将加入清洗技术研究开发队伍.一些现在存在的行业技术问题 得到解决，行业总体技术水平大幅度提高.新技术.新产品大量涌现，各种新颖 的清洗设备进入市场和人们的日常生活.人们将不再只是依靠经验来清洗.各种 实用化的计算机软件将向世；行业分工更加专业、细致，行业标准和技术规范得 到推广普及.行业管理规范有序.清洗行业的前景无限美好！第1章超声波清洗的原理与应用1.1超声波清洗的原理把液体故人清洗槽内，给槽内作用超声波。由于超声波与声波一样是一种疏 密的振动波，介质的压力作交替变化。如果对液体中某一确定点进行观察，这点 的压力如图2曲线A所示。以静压（一般一个大气压）为中心，产生压力的增减,若依次增强超声波的强度，则压力振幅也随着增加，像图1曲线B那样，并产图1-1清洗槽内液体的某一点受压情况生负的压力。所谓负压，但实际上负的压力是不存在的，这是在液体中产生撕 裂的力，且形成真空的空泡，并被后面的压缩力压挤而破灭。这种在声场作用下 的振动，当声压达到超声波清洗一定值时，气泡将迅猛增长，然后又突然闭合,在气泡闭合时，由于液体间相互碰撞产生强大的冲击波，在其周围产生上千个大 气压的压力。这也就是所说的“超声空化”。超声清洗就是利用了空化作用的冲 击波，其清洗过程中由下列四个因素作用所引起。因空泡破灭时产生强大的冲击波，污垢层在冲击波的作用下被剥离下来，即 分散及脱落。因空化现象产生如图3a所示的气泡。由冲击形成的污垢层与表面之间的间隙 和空隙渗透，由于这种小气泡与声压同步膨胀，收缩，产生像剥皮那样的物理力 重复作用于污垢层，污垢一层层被剥开，如图3b所示，小气泡再继续向前推进,直到污垢层被剥下为止。这就是空化二次效应。*ab图1-2气泡的作用超声清洗中清洗液的超声振动本身对清洗的作用力。例如：20 kHz,2W/cm2 的超声波在清洗液中传播时，它将引起质点的振动，位移幅度1.321Lm,速度 0.16m/s,加速度为2.0 4 X10 4 m/sz,（约为2删g的重力加速度），声压为 1.4 5X10 5Pa,这表明清洗物表面的污垢层每秒将遭到2万次的激烈冲击。清洗剂也溶解了污垢，产生乳化分散的化学力。超声清洗的主要原理是超声空化作用，要获得良好的清洗效果，合理选择清 洗槽中声场的声学参数和清洗液的物理化学性质是十分重要的。既然空化是主要的，那么如何产生空化呢?一般来说，空化不仅由介质特性 决定，而且也与声场有关。空化阂的高低受到许多因素制约，主要有如下儿个因 素：空化阂与工作频率fa有关。频率越高，空化阂值越高，产生空化越难。气泡 在声场的作用下将进行振动，但不一定发生崩溃（破灭），只有当声波的频率低于 气泡的谐振频率时才可能使气泡破灭，而当声波的频率高于气泡的谐振频率时，气泡只进行复杂的振动，一般不发生气泡破灭。空化阂与介质中气泡半径有关，半径越小，空化阂越高。宝化阂与声波作用时间长短有关，声波幅射时间越长，空化阐越低。空化阂与环境静压力有关，静压力越大，空化阂越高。空化阂与介质的粘滞性有关，粘度大，表面张力大，空化阂高。(6)空化阂与液体含气量有关，含气量越少，空化阂越高。(7)空化阂与清洗液温度有关，清洗液温度升高，对空化有利。但清洗液温度过 高时，气泡中蒸气压增大，因在气泡闭合期增强了缓冲作用而使空化减弱。而温 度还与清洗液的溶解度有关。对于水清洗液较适宜的温度约为60 Yo根据超声清洗的机理我们可选择最佳状态，并得到最佳的清洗效果。还应注 意到选择最佳的声强。声强过高会产生大量气泡，在声波表面形成一道屏障，使 声波不易辐射到整个液体空间，因而在远离声源的地方，清洗作用减弱。同时过 高的声强，气泡膨胀过大，以至于在声波压缩相内，气泡来不及闭合。声强一般 选在lW/cm22W/cm2,对于一些金属表面氧化膜难于清洗的污垢，则应采用 较高的声强。1.2超声波清洗的应用1.2.1超声波清洗的主要应用范围:工业部门清洗产品分类可清除主要附着物主要清洗液电子、电气工业机器另部件继电器、开关、印制电 路板、电位器、真空管 另件、半导体元件、硅 片、电容器、照相机快 门等。印制板油墨、焊料、油 质防腐剂、石腊、磨料、染料。使用有机性清洗液、三氯 乙烯、氟、乙醇、丙酮。锈、氧货物、盐、手垢、尘土。碱性清洗液、中性、酸性 清洗液、水。玉石加工、钟 表、光学、机 械等精密工 业仪器、仪表、钟表字盘、另部件；齿轮、弹簧、轴承、宝石、透镜、眼 睛架、贵金属装饰品。涂料、喷漆、油脂、复合物、玻璃纤维有机性清洗液(三氯乙烯，氟溶液)。染料、塑料残留物。碱性清洗剂、中性清洗液。汽车业气门、点火栓、气化栓、燃料泵、蓄电池电极、活塞环、机器操纵盘另油、油脂、防腐剂、机 械切屑、塑料残留物、研磨磨料、玻璃纤维、有机性清洗液(三氯乙烯 等)、轻油、碱性清洗液。件、摩托车和汽车油箱。尘埃、石墨、焦油。橡胶工业手套、带、轮胎、外科 医用橡胶手套。指纹、尘埃、染料、防 腐剂、墨迹、塑料残留 物、橡胶残渣。碱性、中性及酸性清洗液航空工业燃料油过滤器、燃料仪 器、仪器仪表、注入喷 咀、流量控制设备、机 械控制设备用的另件、水力、水压系列产品氧化物、尘土、切屑、油类、油脂、磨粉、防 腐剂。有机清洗液、轻油。锈、碳、水垢焦油分离剂酸碱清洗液印刷业旋转机、金属板。墨迹、指纹、油、染料。轻油、有机性清洗液。公共事业、电 力、煤气、新 闻通讯路灯、燃料油表、电力 计、灯泡、软片、电传 机、绝缘子。墨迹、油、尘土、纱屑、锈、泥、接触海水的盐 分。有机性清洗剂、轻油、酸碱性清洗液原子能工业控制棒、燃料泵、铝管 类、容器、玻璃、分析 试料。放射能量粒子、尘埃、硅油、油脂碱性、中性清洗液、纯水。有机性清洗液、乙醇、丙 酮等医疗注射器、手术机械、吸 量管、玻璃容器、食道 镜、齿科机械、直肠镜、方向镜、显微镜用试料 玻璃。血液、凝胶体、指纹、料理物残留物、蛋白（卵白）、混入血液中 的污垢。碱性、中性清洗液、纯水。机械工具丝杆、喷咀、齿轮、夹 具、固定装置用附件、弹簧、气门、游标卡尺 等工量具。磨料、铁屑、防锈剂、复合物、切削油、冷却 油、研磨油。有机清洗液、复合剂、氟 溶剂、轻油、乙醇系列。尘主 抛光、氧化物。碱性、中性清洗液。1.2.2 通用超声波清洗机超声波清洗机的结构一般有超声电源和清洗器合为一体或分开布局两种形 式，一般小功率(20 0 W以下)清洗机用一体式结构，而大功率清洗机采用分体式 结构。超声波清洗机分体式结构由三个主要部分组成，如图3所示。图1-3分体式超声波清洗器清洗缸；超声波发生器；超声波换能器；清洗缸：清洗缸是用来装载清洗液及被清洗工件的不锈钢容 器，大多数工件可先装在网状框架内，再一起放人缸内清洗。超声波发生器：超声清洗机用的超声波发生器，从使用的元器件种类可以分电子管式的，可控硅 式的和晶体管式的。近几年来已经发展到用大功率“功率模块”的方式。其输出 功率从儿十瓦直到儿千瓦，工作频率从15kHz4 0 kHzo超声清洗机用的超声波发生器，有以下特点：(1)随着清洗液深度不同，换能器共振频率和阻抗变化很大。但是实践表明，槽 内放进适量清洗物后，基本上就可以稳定在某一定数值上。一般来说，由于清洗负载变动较小，可以不要求复杂的频率自动跟踪电路。实用超声波发生器，大多数采用大功率自激式反馈振荡器。超声波换能器：超声波清洗机用的换能器主要有以下儿种：磁致伸缩换能器国内用的磁致伸缩换能器大多数是用银片叠成的窗口型换能 器，将它银焊在清洗缸底部，然后用导线在窗口上绕一定卷数而成。此种换能器 能承受较大功率，且可靠性好，使用寿命长。缺点为效率较压电换能器低，原材 料银片价格贵。压电式换能器目前国内外大多数超声波清洗机用的是压电式换能器，勘L形 结构如图1-4 o电极引出线压电阴鎏片图-4压电式换能器这种换能器一般有两片压电陶瓷晶片组成。一台清洗机用多个换能器，经粘接剂 粘接在清洗缸底部且经并联联接组成一台清洗机的换能器。换能器基元之间距（对于频率20 kH4一般在510 mm为佳，太大了容易产生弯曲振动，且振动板 受到腐蚀，同时辐射面相对减少。通用超声清洗机清洗零件适用性强，已广泛应用于电子、钟表、光学、机械、汽 车、航空、原子能工业、医疗器械等许多行业。1.2.3 专用超声波清洗机一般安装在某些特定物件清洗的生产流水线上。xzsia：透一祥一如户茶濡aw淋 一风刀吹第一热风燃干-冷风一出h网带图6软磁器件专用超声波清洗设备图6为典型的软磁器件超声波清洗设备，被清洗物件从进料口可传动的不锈钢专 用网带送人超声波清洗槽清洗，再经喷淋、烘干等工序后出料，实现被清洗物件 可直接包装入库。各工序简要说明如卜：进料：物件进料可采用半自动进料或出料:物件出料可采用自动收料或手工收料方式,格被清洗物件装入包装盒内o 通过上述工序就完成了物件实现利用超声波清洗的全过程。图7浸没式换能器1.2.4 超声波清洗机应用于电镀前处理利用超声波在液体中产生的空化效应，可以清洗掉工件表面沾附的油污，配 合适当的清洗剂，可以迅速地对工件表面实现高清洁度的处理。电镀工艺，对工件表面清洁度要求较高，而超声波清洗技术是能达到此要求 的理想技术。利用超声波清洗技术，可以替代溶剂清洗油污；可以替代电解除油；可以替代强酸浸蚀去除碳钢及低合金钢表面的铁锈及氧化皮。超声波清洗技术的 应用，可以使许多传统的清洗工艺得到简化，并大大提高清洗质量和生产效率。特别是对那些形状较为复杂、边角要求较高的工件更具有优越性。利用超声波清 洗技术，还可以在很大的范围内替代强酸、强碱的作用，大大减少对和环境的污 染，并改善工人的劳动环境，降低劳动强度，对保护生态环境，作出贡献。对儿种常见的工件表面状况，用超声波清洗工艺情况简介：1、抛光件表面抛光膏的清洗。一般情况下，抛光膏常常采用石蜡调合，石蜡分子量大，熔点较高，常温下 呈固态，是较难清洗的物质，传统的办法是采用有机溶剂清洗或高温碱水煮洗有 许多弊病。采用超声波清洗则可使用水基清洗剂，在中温条件下，几分钟内将工 件表面彻底清洗干净，常用工艺流程是：浸泡一超声波清洗一清水（净水）漂洗。2、表面有油及少量锈的冷轧钢板。冷轧钢板表面一般有油、污或少量铁锈，要洗干净比较容易，但经一般方法清洗 后，工件表面仍残留一层非常细薄的浮灰，影响后续加工质量，有时不得不再采 用强酸浸泡的办法去除这层浮灰。而采用超声波清洗并适当的清洗液，可方便快 捷地实现工件表面彻底清洁，并使工件表面具有较高的活性，有时甚至可以免去 电镀前酸浸活化工序。3、表面有氧化皮和黄锈的工件。传统的办法是采用盐酸或硫酸浸泡清洗。如采用超声波综合处理技术，可以快捷 地在几分钟内同时去除工件表面的油、锈、并避免了因强酸清洗伴随产生的氢脆 问题。综上所述，超声波清洗技术在电镀等行业中会有很广泛的应用前景。近年来 诸多电镀厂商采用无锡美洁超声波清洗技术设备，替代电镀线原有的酸碱处理工 位获得成功，使电镀件质量及产量较原来有更大提高，并改善了生产环境，取得 了良好的经济效益和社会效益。第2章 超声波发生器与换能器的概述2.1 产生超声波的功率源电路超声波功率源（或称发生器）是一种用于产生并向超声换能器提供超声能量 的装置。超声波发生器就其激励方式有两种：一种是他激式.另一种是自激式。如果按末级功放管所采用的器件类型分，又可分四种：电子管式超声发生器；可 控硅逆变式超声发生器；晶体管式超声发生器及功率模块超声发生器。电子管式 与可控硅逆变式目前基本已淘汰，当前广泛使用的是晶体管式发生器。他激式超 声发生器主要包括两部分，前级是振荡器，后级是放大器。一般通过输出变压器 耦合，把超声能量加到换能器上。而自激式超声发生器是把振荡、功放、输出变 压器及换能器集为一体，形成一闭环回路，回路在满足幅度、相位反馈条件，组 成一个有功率放大的振荡器。并谐振于换能器的机械共振频率上。所谓谐振问题就是要求发生器的输出信号频率能对在工作中变化的换能器 谐振频率进行跟踪，也即称频率自动跟踪。目前常用的频率自动跟踪大致有以下 几种方法：2.1.1 声跟踪以声耦合方式，从换能器上采集谐振频率的电讯号，然后反馈至前级放大器,使形成自激振荡器。其原理框图如图2-1所示。图2-1声跟踪超声波发生器原理框图由图8看出，电路是个闭环系统，电路在通电的瞬间产生一个冲击脉冲，此 脉冲经预放、功放去激励换能器，换能器按自身固有频率振动。从而在反馈的 声接收器上可得到相同频率的电讯号。经过电路的移相、选频、预放及功放再去 激励换能器，如果满足振荡器的相位，幅度条件，系统将自激振荡，且振荡频率 跟踪在换能器的共振频率上。2.1.2电跟踪所谓“电跟踪”又称反馈自激式振荡器。大致有以下几种形式2.1.2.1阻抗电桥形式的动态反馈系统阻抗电桥形式的动态反馈系统组成的频率自动跟踪电路其原理如下；它是利 用电桥平衡原理补偿换能器电学臂的无功与有功分量，借助于差动变量器提取与 换能器机械臂振荡电流成正比的反馈电压，使闭环系统在换能器机械共振频率上 自振。本方法对换能器电参数的补偿有可能做到与频率无关，因而在较宽频段内 跟踪良好。图2-2差动变量器桥式自动频率跟踪电路图图2-2中Tf为差动变量器，正反馈电压Uf,由次级绕组W3引出；初级绕 组Wl,W2与阻抗Zl、Z2构成电桥四臂，Z1为换能器阻抗（它由机械臂阻抗Zm 和电学臂阻抗Ze并联而成），Z2为补偿元件的阻抗。Z3用于补偿电桥的电抗。设ZmZe则Z1二Ze。显然，如满足条件W1H=W2I2（W1W2为初级的匝数），电 桥获得平衡，Tf次级绕组反馈电压Uf=O 此平衡条件又可表为Z2/Ze=W2/W1 X2/Xe=R2/Re=W2/Wl=n即式中Re/Xe分别为Ze和Z2的实部和虚部。系数n表示 差动变量器初级绕组两部分的匝数比，它等于补偿元件阻抗与换能器电学臂之 比。一般情况下，流经Zm的电流Im使电桥失去平衡，Tf次级绕组将感生出正 比于换能器机械臂振荡电流Im的反馈电压Uf=Im（Wl/W3）Rim式中Rim为振荡器 的输入电阻。当系统的自激频率fo=fr（换能器的机械共振频率）时，电流5。将达最大值。系统反馈最强，Uf反馈电压最大，满足幅度条件，且Uf与Uin同相，也满足 相位条件，系统自激在换能器机械共振频率上。假如换能器的机械共振频率因某 种因素减低了，则fofr。，负载Zm呈感性，Im的相角为负值，造成Uf滞后于 Uin（原先的输入电压），系统振荡频率降低从而达到跟踪的目的。差动变量器桥式自动频率跟踪电路优点，在于其对换能器电抗成分的补偿与 频率无关，从而保证反馈电压在很宽的频率段内只与机械振荡电流有关，跟踪可 靠、失调较小.2.1.2.2负载分压方式的反馈系统这种系统如图2-3所示，图中的整个电路形成闭环迥路.电路在通电的瞬间 产生一个电脉冲，经功放加至换能器两端，于是换能器受激振动。其振动频率为 换能器本身的固有频率，在换能器两端的振荡信号，经分压后送至可调移相器上,再送至功放。当可调移相器调至相位满足自激条件时，系统自激于换能器的固有 频率上。换能器谐振频率的微小变化，电路系统均能及时跟踪使工作始终处于最 佳状态。图2-3电压反馈振荡器2.1.2.3锁相式频率自动跟踪锁相式频率自动跟踪系统与前两种自激系统相比，电路要复杂得多，但能获 得较好的频率自动跟踪性能。因此在超声塑料焊接机的发生器中获得越来越广泛 的应用。采用锁相技术进行频率自动跟踪的关键，是如何获得负载电路中电压与电流 之间的相位差。压电换能器在谐振频率附近的等效电路如图2-4所示。图中虚线 框内为换能器等效回路。CO为换能器静态电容。Rm为机械阻反映到电端的阻（如 果忽略机械损耗，即为反映到电端的辐射阻），Lm为动态等效质量反映到电端的 值；Cm为等效力顺反映到电端的动态电容值；L。为换能器工作在谐振状态时的 并联匹配电感。图2-4压电换能器等效简图该迥路的谐振频率3 2二1/LoCo=1/LmCm在谐振状态时，换能器两端电压 U=iRm,即电压与电流是同相的。当换能器失谐时，u与i不再同相，其电抗与 频率特性曲线如图2-5所示。图中3s为串联谐振频率。3P为并联谐振频率。图2-5谐振点附近电抗与频率特性图图2-6为串联谐振频率附近的相频特性。由图13可知，当33s时电路呈 容性，i超前u,相位差为负；当3s=L PflTT2 150 0 XK2-,.o若换能器谐振时等效电阻RL=20 0 Q,则输出变压器次级/初级圈数比以上称谓阻抗变换，是通过输出变压器实行的。输出变压器是超声波发生器阻抗匹配、传输功率的重要部件，它的设计与 绕制工艺对发生器的工作安全是十分重要的。它不仅会以漏感、励磁电流等方式 影响电路的工作，其漏感还是形成输出电压尖峰的主要原因。为此，在设计时，应选取具有高磁通密度B,高导磁率由 高电阻率pc和 低矫顽力He的高饱和 材料作铁芯。一般在防止高频变压器的瞬态饱和时，在设计时要注意如卜几点：3.2.1工作磁通密度B的选取铁芯材料的磁感应增量AB愈大，所需线圈匝数愈少，直流电阻R也愈小，从而线圈的铜损Pm也愈小。AB取得高时，传输的脉冲前沿就愈陡。因此，在 设计变压器时，选取高磁通密度的材料作铁芯，这对降低变压器的损耗、减小体 积和重量都是很有利的。为了避免在稳态或过渡过程中发生饱和，一般选取工作 磁通密度BWBs/3为宜，这里Bs为磁芯的最大和磁通密度。3.2.2 要保证初级电感量足够大一般要求变压器初级阻抗应满足下式关系：WL1N 15RU,其中RU为次级 负载所算到初级边的等效电阻值，W口为初级电感感抗，若初级电感量太小，励 磁电流将比较大，励磁电流过大，变压器的损耗将增加，温升随之增高，从而降 低Bs,使变压器进入饱和的可能性增大。3.2.3 要考虑“集肤效应”的影响在高频工作时，流过导线的电流会产生“集肤效应”。这相当于减少了导线 有效截面积，增加了导线的电阻，从而引起导线的压降增大，导致变压器温度升 高，结果增大了变压器进入饱和的危险性，建议采用小直径的多股导线并绕的方 法。3.3 调谐匹配由于压电换能器有静电容Co,磁致伸缩换能器有静电感LO,在换能器谐振 状态时，换能器上的电压V RL与电流IRL间存在着一相位角（p,其输出功率PO=V RLIRLcos（p。由于（p的存在，输出功率 达不到最大值。只有当（p=0时，输 出功率达最大值。因此为了使换能器上电压V RL与电流TRL同相（p=0）,则必 须在换能器上，并上或串上一个相抵消的抗。对于压电换能器而言，即并上或串 上一个电感L0即可，而磁致伸缩换能器应并上或串上一个电容C0。压电换能器的阻抗或导纳等效电路如图3-1所示。在等效电路图中 R（f）_区以）_式中R1/口 故氏=(/g/Zc)1=/c/ZR所以人生竿叁X10-8 H由此可见电感L与间隙1g近似成反比，调节1g间隙即可调节LO o设计电感有以下几个步骤；1按3 SC选铁芯V 质产屯力义.式中V为输出电压有效值(V)；f为工作频率(Hz)；B为铁芯磁感应强度。一般选MX0 20 0 0 E型磁芯较多，匝数计算如下；VW=4 74 4 7B5；X10 42计算磁芯间隙1glg=普啦 X10-3确定导线考虑到高次谐波和超声频率较高，顺计及高频电流的邻近效应和集肤效应 的因素。当f10 kHz时由邻近效应引起的交流电阻R约为其直流电阻Rd的2 10倍，铜耗pr也要比直流铜耗Pro增大同样倍数。令增大倍数为k,贝I：Pr=kPro因此，为维持电感线圈的正常升温，电流密度必须按照常规允许值的1/k-l 来选择。关于集肤效应，常用高频电流的穿透深度B来表示：B=（兀/加）/式中，u为导线磁导率，r为导线电导率。为减少集肤效应的影响，所选导线直径D必须小于两倍穿透深度B,否则采 用扁平线或者高频线。在功率超声中其频率为15-4 0千赫的匹配电感导线可以采用多股塑胶线，一 般问题不大。匹配电感连续工作8小时如果温升正常，则表明设计是成功的。结束语毕业设计是对我大学学习的一次综合考试。通过毕业设计，加深了我机械专业的理解，深刻体会到了工程技术人员这几 个字的分量。通过毕业设计，我学到了很多东西：如何学习，如何合作，如何做人。学无止境，此刻我更能体会这四个字深刻含义。大学即将毕业，但我要学仍 然还有很多。在毕业设计暴露出来的问题，在今后的工作生活中应当引以为鉴，努力克服。在今后的工作学习中，应该坚持不懈的学习。通过毕业设计，也增强了我的自信心。我也相信能够胜任以后的工作岗位，在工作中学习，在学习中工作。毕业设计中的挫折和喜悦，经验与教训将会是我今后工作的一笔重要财富。感谢老师的悉心指导。老师严谨治学，知识渊博，能够成为老师的学生是我 荣幸！感谢各位老师的指点和宝贵意见!参考文献1应崇福.超声学M.北京:科学出版社，1990.223-2252程存弟.超声技术M.陕西：陕西师范大学出版社，1993.110-1233洛福德.杜连耀.超声工程M.北京:科学出版社，1959.1457484 袁易全.超声换能器M.南京:南京大学出版社，1992.23-265陈桂生.超声换能器设计M.北京:海洋出版社，198 4.4 5-566冯若.李化茂.声化学及其应用国.安徽：安徽科学技术出版社，1992.25-327锡林等.超声波焊接M.北京：国防工业出版社，1963.789-7988 巴比科夫.超声波及其在工业上的应用M.北京：科学出版社，1962.4 56-4 659 E.CT.里查.马大献、声学技术概要M.北京:科学出版社，1965.231-24 110 马大St沈嵯.声学手册M.北京:科学出版社，198 8.98 7-99911林仲茂.超声变幅杆的原理和设计M.北京:科学出版社，198 7.23-2512奕桂冬.压电换能器和换能器基阵M.北京：北京大学出版社，1990.54-5613岛川正超音波工学M.北京:工业调查会，1975.58-5914 L.别尔格曼.超声M.北京：国防工业出版社，1964.8 95-8 9815 L.赫尔福特.超声的基本原理与应用M.上海科学技术出版社，1958.259-26916何柞铺.声学理论基础M.北京：国防工业出版社，198 1.28-2917周福洪.水声换能器及基阵M.北京：国防工业出版社，198 4.88-99致谢在本次设计中，首先,我要诚挚地感谢我的导师,是她在百忙之中给予了我 细心的指导和热情的帮助。她对我的设计提出了很多宝贵的意见，以及对我的不 足进行了指正；设计时要时刻注意设计与实际相结合。教授渊博的学识、严谨的 工作作风给我留下了深刻的印象，并为我将来的工作学习树立了榜样。其次，我 要感谢同组同学对我的关怀和帮助。最后，我要感谢所有给了我关心爱护的老师 和同学，我的成长实在是离不开他们的支持，在此向他们表示真心的感谢。