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超聲波變幅桿原理及設計

更新時間:2020-10-13      點擊次數:6400

超聲波變幅桿是超聲波振動系統中一個重要的組成部分,它在振動系統中的主要作用是把機械振動的質點位移或速度放大,并將超聲能量集中在較小的面積上即聚能,因此也稱超聲變速桿或超聲聚能器。

超聲波變幅桿(超聲波變幅器)顧名思義就是配合超聲波換能器改變超聲波振動幅度的功能組件。其主要作用是改變換能器的振幅(一般是增大)、提高振速比、提高效率,提高機械品質因數,加強耐熱性,擴大適應溫度范圍,延長換能器的使用壽命。超聲波換能器通過安裝變幅桿(超聲波變幅器)調整了換能器與超聲波工具頭之間的負載匹配,減小了諧振阻抗,使其在諧振頻率工作提高了電聲轉換效率,有效降低了超聲波換能器的發熱量,提高使用壽命。

二分之一波長的縱振變幅桿有以下幾種設計方案:

1.    傳統解析法

2.    等效電路法

3.    替代法(機械阻抗相等法)

4.    傳輸矩陣法

5.    有限元法(finite element)   (我們用有限元分析軟件 ansys

6.    其他方法:變幅桿設計方法還有傳輸線法、分段趨近法、 表觀彈性法等

 

求波長的公式:λ(波長)=c(波聲速)÷f(頻率)

聲波鋼鐵中的傳播速度:

由公式可知 V =√(E/ρ)

式中 E 為鋼鐵材料的彈性常數,如對于縱波E 為它的楊氏模量,對于橫波 E 為鋼鐵材料的切變彈性模量;
ρ 為鋼鐵材料的密度,一般為 7.8×10^3 kg/m^3,

可見材料性能不同,縱波與橫波不同結果大不相同,各種資料上所列的聲波在鋼鐵中的速度有以下數據:
4512, 4870, 5100, 5960 (單位:m/s)等等。

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