压电换能器在串并联谐振频率附近的特性研究.pdf

第23卷第3期 纺 织 高 校 基 础 科 学 学 报 vo1．23，N0．3 2010年9月 BASICSCIENCESJOURNALOFTEXTILEUNIVERSITIES Sept．，2010 文章编号：1006-8341(2010)03-0368-04 压 电换能器在 串并联谐振频率附近的特性研究 郭林伟 (榆林学院 能源工程学院，陕西 榆林719000) 摘要：研究了压电换能器在 串、并联谐振频率附近工作时的特性．采用等效电路变换的方法，推导 出了换能器在串联、并联谐振频率附近时，串联、并联匹配电感参数以及有功电阻的表达式．结果 表明电感匹配可以提高有效机电耦合系数． 关键词：压电换能器；谐振频率；匹配电感；有效机 电耦合系数 中图分类号：TB559 文献标识码 ：A 压电换能器的振动模式有许多种Ⅲ．对于任一振动模式的换能器，都具有6个特征频率，这6个特征频率在 一 定的精度范围内，有一级近似关系，即 一 一厂d 厂p；否则无等值关系．换能器在实际应用时，这6个 特征频率中，只有串联谐振频率 和并联谐振频率 不能直接用仪器测量出，但换能器工作时的频率大都选择 在 或 附近，因为换能器工作在 或厂p时，处于谐振状态，振动振幅大，有利于能量输出．有关 与厂p的测量方 法的文献较多 ，本文主要对压电换能器工作在 或厂p处的性能及其匹配进行研究 1 压电换能器谐振频率特性 一 般情况下压电换能器在谐振频率附近工作的等效电路图如图I(a)所示，其中c0为并联电容；R 为 换能器机械损耗的动态电阻；C为换能器动态电容；L1为换能器动态电感．换能器的电端阻抗z=R+j C R1 R = (1) CL +Gc[GcR；一2(Co+C)厶] +(c0+C) ’ Cl(CIL1∞ 一I)一Co{C1[c1R +L1(c1Ll 一2)]∞ +1} X = (2) +CoC1[CoC1R 一2(Co+C1)1]∞ +(Co+C1)∞’ Zf= 、 ： C1[ClR +L1(C1Ll 一2)] +I (3) ∞6+CoC1[CoC1R 一2(Co+C1)L1] +(co+C1)22’ = arc n 簧=a…t{ )． (4) 其中 为阻抗角，∞=2 为激励信号的圆频率．式 (2)所描述的电抗曲线见图1(b)．如果以R为横坐 标，X为纵坐标，以频率 为 自变量在平面内作图，就可以得到压电换能器的阻抗圆，见图1(c)，利用阻抗 收稿 日期：2010-06—10 基金项 目：陕西省教育厅项 目 作者简介：郭林伟 (1976-)，女，陕西省米脂县人，榆林学院讲师，硕士。E．mail：gu nwei20o0@163．com 第 3期 压电换能器在串并联谐振频率附近的特性研究 369 圆可以直观得到串联、并联谐振频率附近的一些特性． 冠 ／ — 三1 一 ，下／∞((