超声驻波悬浮传输装置设计

超声驻波悬浮传输装置设计摘 要： 在这项工作中，首先通过分析超声波静止波场中的波动方程。在方程的基础上，声波平面上的声压分布和粒子的速度，声波场得到，得到悬浮球在驻波场中的声辐射功率和理论上稳定的悬浮球位置。 其次，使用辐射辐射力的表示法，计算出换能器辐射端振幅的设计要求。本文将换能器阵列元件悬挂在泡沫球上，使设计的单轴换能器可以悬挂钢球，并且换能器阵列可以实现泡沫球的悬挂传递。为了设计换能器辐射段的幅度，根据一维变截面棒的纵向振动方程。 最后，由于换能器元件之间存在频率差异，因此采用了一种灵活的换能器元件支撑方法来减少频率差对传输的影响，本文设计了一组悬挂式发射器进行设计，用于将谐振腔的长度调节到微米水平的支撑装置。关键词：声悬浮力 换能器 换能器阵 超声驻波悬浮 超声驻波传输Design of ultrasonic standing wave suspension transmission deviceAuthors Name: LiJian Tutor: GuoCeABSTRACT：Due to the rapid development of scientific disciplines such as physics, chemistry, biology, pharmaceuticals, materials, mechanics, etc. Traditional sample processing methods will make the samples contact with the vessel wall, which will cause various kinds of interference to the samples. For example, the vessel wall will pollute the analyzed samples, and its adsorption will affect the composition detection of the trace amount to be tested. The ultrasonic standing wave suspension technology can realize the container-free treatment of the analyzed samples, so it can avoid all kinds of defects caused by the vessel wall during the sample treatment. The floating transmission technology can also realize the contactless transmission, fusion, extraction and so on of the detected samples. Ultrasonic transducer and transducer array are the devices to realize standing wave suspension transmission.Based on this, there is a particle that distributes sound and sound speed in a flat sound field.Based on the theory of the relative potential of time, the force of acoustic radiation in the flat field of the standing wave was obtained, as well as the theoretical stable levitation of the ball.Secondly, using the expression of the acoustic radiation force, the design requirements of the radiation end amplitude of the transducer are calculated theoretically. In this paper, the single-axis transducer is required to be able to lift the steel ball; the transducer array can transfer the foam ball; the transducer array is required to suspend the foam ball; according to the longitudinal vibration equation of one-dimensional variable section bar, the single-axis transducer and transducer array are designed by analytical method, and the modal analysis of the designed transducer is carried out.Thirdly, in order to reduce the influence of frequency difference on the transmission, flexible support is adopted for the transducer elements. In this paper, a support device is designed for the designed suspension transducer with the adjusting precision of the length of the resonator in micron.KEYWORDS：acoustic levitation force transducer transducer array ultrasonic standing wave suspension ultrasonic standing wave transmission目 录第一章 绪论11.1 课题研究背景11.2 国内外的发展现状1第二章 超声驻波悬浮原理42.1 理想媒质中的声波动方程42.2 基于波动方程的驻波声场声参数描述72.3 被悬浮物理论稳定悬浮位置分析9第三章 超声驻波悬浮传输器的设计研制103.1 单轴换能器的设计103.2 换能器阵式悬浮传输换能器阵的研制143.3 超声发生器设计17第四章总结20参考文献21致谢23第一章 绪论1.1 课题研究背景超声驻波悬浮传输技术在微调生物化学领域应用广泛。生物化学分析的功能主要包括:需要分析几个样本，分析过程需要很长时间，分析样本很容易丢失和污染;由于这些特性，生物化学分析的要求越来越重要，要求分析设备的性能、没有容器的分析器、实时自动检测和检测技术。在生物化学和医学这两个领域有相同的发展方向，为单细胞研究。单细胞研究是对生命过程的成长、繁殖和细胞关系、死亡和遗传学等许多方面进行的研究。在这项研究里，有两种普遍的单细胞研究方法:毛细管电泳和微流体芯片。在单细胞研究中，细胞直径只有8-15微米，分析样本非常小，测量成分fmol - cil的含量非常低，常用于分析的血管壁被吸收。超声波立式波形悬挂可以进行无集装箱的分析，以避免分析人员被吸收和污染，防止血管壁、细胞反应和光学仪器的干扰。这正在发生，对加权对象的物理和化学性质没有特殊要求。雷达信号采集的精度受气流作用引起的大气中水滴的振动的影响，水滴的不稳定性也会影响天气的准确预测。在化学工业和生物化学领域的药物中，粉末冶金工艺的重要组成部分是液滴喷涂。超声波驻波悬浮液被用作非接触式测量液滴的振动，液滴减少，液滴表面张力和液滴粘度之间的联系。 1.2 国内外的发展现状从超声波驻波悬挂传输装置的角度来看，第一台超声波驻波转换器于1964年问世，它是由HansonAR等人设计和制造的，并受到当时条件的限制。这台设备的悬挂能力相对较弱。如图1-1所示，这个实验得出了转换器辐射的最终结论。当横断面是平的，一半的倾斜度是凹的，在声学空间中有一个悬挂点和两个悬挂点，它的弹性常数是反射和辐射末端的18倍和58倍。如果光转换器的最终脸是一个凹的球体，反射面也是一个凹的球体，那么弹性还原力的常数是反射和辐射末端的92倍和604倍。a) 辐射端和反射端均为平面的仿真和实验 b)辐射端为平面反射端均为凹球面的仿真实验 c)辐射端和反射端都是凹球面的仿真实验 2013年，Daniele Foresti与Majid Nabavi等一些人是一群非常有想法的人，他们对悬浮在空中的物体进行了的传输和处理研究，但是这次使用的设备是一系列传感器，如图1-2a所示。辐射端是平面的，反射端也是平面的，辐射端的图形为15x15 mm正方形，阵列元件之间的距离为16 mm，当施加电压时，悬浮液滴从换能器阵列的阵列元件转移到其他元件的阵列元件5号，并且浮动液滴从中间阵列元件实现。本文的换能器阵列可以实现液滴的非接触传输和融合，与液滴的喷射，正十四烷与聚苯乙烯液滴，咖啡颗粒与液滴的传输与融合等。a) 液滴的传输融合分析图 b）设备的俯视图 图 1-2 换能器阵的传输路径和传输的设备图国外的驻波悬浮传输设备在研究和发展上取得了很多的研究成果，对于单轴变频器，其优化过程如图1-3所示。径向和半斜面之一是凹球形表面，径向和半斜面都是凹球形表面，并且在该方向上进行了单轴换能器的国内优化设计和开发。 图 1-3 单轴换能器的进化过程2011 年 ，ZY Hong这些人通过实验证实，不仅水可以用作反射，而且胶体也可以用作反射。当将水用作反射面时，悬架稳定性也非常好。另外，ZY Hong等人开发了如图1-4所示的弹性反射面，当悬架装置使用弹性反射面时，通过悬架实验进行了验证，悬架稳定性大大提高。当悬浮材料是高温时，它仍然具有非常稳定的悬浮能力。在中国，尚无关于传播驻波悬架的超声换能器阵列的设计和研究的报道。 a) 弹性反射面设备示意图 b)悬浮物体在温度不相同时的表现试验 图 1-4 弹性反射面的设备设计与悬浮物在温度不同下的研究成果第二章 超声驻波悬浮原理2.1 理想媒质中的声波动方程因为介质中声音的扰动会导致的声压的变化，在不同位置产生不同的声压和颗粒速度。声压和粒子速度也不同。声波的振动可以用物理定律来解释。根据质量守恒定律，可以根据牛顿第二定律获得表示u和之间关系的连续性方程，以解释和之间的运动方程。该部分基于获得的三个基本方程式来建立声波方程式，该方程式基于声波过程的物理特性。时间和空间位置的关系是很重要的对于数学术语描述的声压。 2.1.1 运动表达式随意选取一个体积为微元dV的物体，如图2-1这个物体，可以算出dV=Sdx，图中dx是这个物体微元的长度，S为这个物体微元的横截面积，设媒质密度为，则该体积微元的质量是Sdx。图 2-1 单元受力图声场中的位置x变化，声压也会跟着变化，会导致声压在体积微元左右边的大小不相同，体积微元左右边得出的由声压产生的压力也会不一样。如图 2-1 能算出，体积微元在左侧面上受到的压力为是在这个方程中P0是一个常数，为媒质的静态压强，P0是理想液体，理想液体中不会有切向力，所以体积微元左侧面的 F1的方向随着x轴正方向。 体积微元两个端面差别，声压的变化量为，那么这个体积微元右端面受到的由声压产生的压力为 右端面声压方向随着负x轴方向，那么这个体积元受到的声压发生的压力的合力为 因为体积元被合力作用，所以体积元产生了加速度，由牛顿第二定律算出 整理得理想媒质的运动表达式为 在本文中，我们正在研究振幅较小的声波，因此可以忽略第二级以上的项，因为特征p，u、的数量以及声场的时间和位置很小。波动方程的线性方程应简化运动方程。该方程的简化方程即为运动方程 2.1.2连续性表达式质量守恒定律中的表达式为连续性表达式，在本文中，用连续性方程式来找出介质质点，这是是基于质量守恒定律。在声场空间中选择了图2-2中所示的体积元素后，该体积元素每单位时间的音量变化是流向该体积元素左侧的质量与流向该体积元素右侧的质量之差。 图 2-2 质量变化示意图得理想媒质的连续性方程为 因为，将代入公式去二级以上的微量可得到简化后连续性方程为： 2.1.3 物态方程描述介质状况的参数是温度，压力和密度。声波震动引起的压缩和膨胀所需的时间与热传导所需的时间相比可以忽略不计，因此理想介质的体积元素之间没有热交换时间。由于介质的温度不变，因此介质的状态由压力和密度这两个参数确定，这两个参数之间的关系为根据假设，本文研究的是小振幅声波，声场的特征量都很小，将x在没有声波传播的媒质状态下即在（P0，）点用泰勒公式算出，不用计算二级或二级以上的微量，用c02 表示这个数字，能够获得简单的物态表达式为 ：2.1.4 一维波动表达式公式（2-2）、（2-4）、（2-6）是计算出的声波在理想媒质中传播时的普遍表达式 把前面的计算出的表达式中的三个参数，通过消除中间任何两个参数就可以得到理想媒质中的声波动表达式，可以去掉媒质质点的速度u和媒质密度的变化量 ，算出理想媒质中声波的波动表达式为 2.2 基于波动方程的驻波声场声参数描述 2.2.1 超声驻波声场压强及质点速度分布 随着时间和质点的位置而变化，声场中的声压也会变化，其中在研究由简单谐波运动声源产生的稳态声场时，声场随时间的变化更为有意义。可以认为声源进行简单的谐波运动根据余弦定律，可以算出声源的振动表达式为( )y1=Acos（wt-kz） 式中 y1声源的振动位移； A声源的振动振幅； w声源的振动频率（，f 为声波的频率）； k 波数，k=w/ c0。 如果介质的声波传播未达到反射面，则中点处的振动表达式与声源处的振动表达式相同。根据半波损耗原理，当声波到达反射面时，反射波的波动表达式可写为( )y2=Acos（wt+kz+） =-Acos（wt+kz）式中 y2反射声波的波动表达式。 受到了入射波和反射波的影响后，累加算出的媒质中的波动表达式为 y=y1+y2把前面的表达式对时间 t 求导，可以算出这个时媒质空间中质点的速度表达式为 综上可知，平面驻波声场中声压的分布及媒质质点速度的分布为 式中 u0质点振动速度的幅值，u0 =2Aw ； p0声场中声压幅值，平面驻波声场中媒质质点的速度曲线和声压曲线如图 2-3 所示。 图 2-3 平面驻波声场质点速度和声压曲线（n=3）2.2.2超声驻波声场时间平均势和声悬浮力描述当声波以速度c0在介质中传播时，介质中的粒子不会从一个位置流到另一个位置，而是在平衡位置进行简单的谐波运动。根据物理知识，当特定粒子具有简单的谐波运动时，就像弹簧质量系统一样，由于声场中介质粒子的重力方向是恒定的，因此必须受弹性的弹性影响。根据胡克定律，可以通过推导恢复力来获得弹性模量，并且声场中点的弹性常数与声辐射的时均电位之间的关系为轴向声悬浮力的表达式为 用图画表示除悬浮小球在声场空间中受到的沿悬浮传输器轴线方向的悬浮力，这个悬浮力是相对时间平均势和沿悬浮传输器轴线方向，如图 2-4 所示。 图 2-4 轴向与时间平均势与声悬浮力的比较曲线（n=3）2.3 悬浮物理论稳定悬浮位置分析驻波声场的小球的影响因素有两个，分别为声音悬浮力和自身的重力，声场的声波具有简单的谐波运动，声场的中点具有悬浮在声场中的简单的谐波运动。球不是固定的并且会振动，但是悬浮球由于在声场中不同位置的不同声悬浮而受到的声悬浮和重力耦合力也会根据球的位置以及悬挂在声场中不同位置的球而变化它的悬架稳定性也会改变。 取决于轴向声悬浮力的表达式，声波的个数在声音场中，声波可以确定声力的大小的因素有介质的浓度和粒子上下振动的幅度和声波大小。除了这些，可以认为悬浮球的直径为2R和密度，则悬浮球的重力表达式为 式中 g 重力加速度。 声悬浮力和重力的比值为 根据表达式，声浮力与重力的比率与悬浮球的密度有关，而不与悬浮球的大小有关。如果所使用的超声换能器可以提供相同的振幅幅度，则具有相同密度的浮珠的浮置位置将相同。 图2-5显示了悬浮输送机轴向上声场中的轴向声辐射力F与悬浮球的重力G之间的位置关系。 图 2-5 声辐射力、重力与轴向位置之间的关系图 2-5 中的重力仅考虑数值（即大小），而不考虑方向。如果它与悬架球的重力方向相反，则为负值。球承受的总力为零，因此可以悬挂球。在球的重力曲线的交点处。 根据以上分析，悬浮球的密度可以确定球的悬浮位置，稳定的悬架；当悬架球的密度大时，悬架球的悬架位置略微向下移动，并且悬架稳定地处于合力为零的位置。声辐射力为0的位置的/8位置。 第三章 超声驻波悬浮传输器的设计研制3.1 单轴换能器的设计研制3.1.1 半波长压电振子的设计研制本文为压电超声变能器的设计研制，主要包括两个组成部分，分别为压电振子和变幅杆，其中超声变能器的谐振频率假定为 20 KHz，根据表 3-1 可得超声波在变幅杆中传播，可以从表3-1 找出它的的波长 本文设计的超声换能器应在纵向振动状态下工作，因此超声换能器阵列的侧向振动应非常小或可忽略不计，因此换能器外径的最大值不应太大。振动波传播的频率为振子波长的1/4，因此，50175mm的压电陶瓷材料的零件的规格被用在此文中。 文中设计变换能量的机器振荡器使用边界条件法，其原理是一维变截面杆的纵向振动方程。杆的应力图如图3-1所示。 图 3-1 改变截面杆的纵向振动图可以从图 3-2 找出，长度的范围为（x, x+dx）的体积元受承担的拉应力为从牛顿第二定律可计算出 式中S=S(x)杆的横截面积函数； x 杆中质点的位移函数；应力函数，杆的密度； F 弹性力；E杨氏模量。 根据简谐运动中振速与位移的关系可得振速，在公式（3-8）把振幅速度与位移的表达式加进就可以得到超声变换能量机器振子各个部分的振幅速度表达式 锥形改变截面杆的结构分析图，可以根据一维改变截面杆纵振波动表达式进行锥形改变截面杆振幅速度、应力的计算，在图 3-2中分析所示。 图 3-2 圆锥形变截面杆如图 3-3结构示意图所示压电超声振子的节面设计在图的中间，其中的压电陶瓷片为 l1、l3部分为，前、后盖板为l2、l4部分，为换能器振子各段的截面积和长度对应为Sn、ln(n=1，2，3，4)，换能器振子前盖板受到的力和振速对应为Ff、vf分别，换能器振子后盖板受到的力和振幅速度对应为Fb、vb。 图 3-3 单轴换能器的振子结构示意图超声变换能量机器振子中的任何一个部件都是通过预紧的螺栓连接在一起的，振子任何一个面和它旁边的面的应力以及振幅速度都是不间断的将表 3-1 中压电的振子任何一个部分的材料数据加进频率表达式中进行分析，可得压电的振子任何一段的长度都为l2=45.8mm，l1=l3=10 mm，l4=36.4 mm。将压电振子任何一段的长度加进振幅速度比表达式中分析可以算出 ，该振幅速度比是压电的振子前面盖板和后面盖板的振幅速度之比。则本文研制的压电的振子任何一段的长度可以由表 3-1 表示。 表 3-1 半波长的振子任何一段的长度尺寸（单位mm）部位直径(mm)长度（mm）内径外径后端盖-5036.4压电陶瓷片175020（5mm*4片）前端盖-5045.83.1.2 半波长纯阶梯形一级变幅杆设计 根据上一章，本文设计的半波振动器的振动速度比为1.5121，因此相对较小，不能满足设计要求。为提高换能器的振动速度比，前盖前端设计为喇叭，本文中的喇叭使用级联喇叭。因此第一级变幅杆采用纯阶梯式单轴转换器，一级变幅杆的结构如图3-4所示。 图 3-4 单轴换能器的一级变幅杆结构示意图由于纯阶梯形喇叭的横截面为圆柱形，因此文献表明，振动速度比位于大端面和小端面的交点处，但是当考虑换能器整体时，振动速度比最大。此处为节点法兰，并且为了减小节点法兰对整个换能器振动速度的影响，专门偏向大端面。该变幅杆部分的边界条件为根据边界条件可求出频率方程为根据设计要求，在较大的截面中确定第一级变幅杆的接合位置，并根据法兰的厚度确定接合处的偏移量。末端连接处的距离为l=1.5 mm，因此v5（x5）=0得出x5=64.375mm，然后根据计算得出l5=65.875mm，并替换表3-1中的超声换能器的性能参数，将可以得到： l5=65.875毫米l6=63.3毫米面积大的端面与面积小的端面进行比较，两者相差越悬殊，那么得到的前后振动速度之比越悬殊，不过面积大的端面与面积小的端面进行比较，两者差距越悬殊，应力合力也应该越多，因为D5=50毫米，D6=20毫米。表3-2给出了变幅杆的每个部分的计算长度。如表 3-2 所示。部位直径(mm)长度（mm）内径外径大端-5065.875小端-2063.33.1.3 半波长二级变幅杆设计研制使用第一级变换幅杆的纯阶梯形状，得到了很快的增加超声变换能量机器的振动进度，但是，如果要悬挂高密度的物体，则需要不断提高振动速率。所以在两级变幅杆中，超声换能器的房间面积越大，可获得的悬挂能力就越大，并且为了增加超声波换能器的辐射面积，将两级变幅杆的房间划分设计成圆锥形。单轴换能器的两级变幅杆结构如图3-5所示。 图 3-5 单轴换能器的二级变幅杆结构分析图3.2 换能器阵式悬浮传输换能器阵的设计 3.2.1 换能器阵的设计研制说明 本文中目的是实现泡沫塑料球交付的作用，这个作用的是变换能量机器阵列，并且换能器阵列元件的悬挂能力旨在阻止泡沫塑料球。所以，设计研制的变换能量机器阵列必须产生能够抵消泡沫塑料球重力的轴向声悬架。变换能量机器阵列的工作频率假定为20KHz，直径为2R的泡沫塑料球悬浮在声场空中，重力为声源是换能器阵列元件的房间划分的振幅A为 聚苯乙烯泡沫球是低密度的物体，应将泡沫球尽可能地悬挂在负浮力为0的位置，但在实际设计中（2kz）=1，每个正值均应为公式（3-32）更换后，悬挂器辐射端的表面振幅为因此，本文设计的换能器阵列输出级的振幅至少可以达到7.5m，换能器的后盖的振幅为2m，本文设计的换能器阵列的振幅放大率为3.75。半波长转换器可以满足您的要求，因此本白皮书中的转换器阵列元件被设计为半波长转换器。 目前，我国超声驻波悬置传输换能器阵列的设计仍是空白，国外文献选择的阵列元件的轴向距离为16mm，因此本课题的阵列元件的轴向距离也选择为16mm。陶瓷板的间距和尺寸规格选择为135.22.3mm。由于有关换能器阵列设计的文献有限，因此该主题也处于探索阶段，因此本文中的换能器阵列元素以换能器轴平行的方式形成了一个换能器阵列和一个换能器阵列。根据文献，只有两个阵列元件，并且如果将阵列元件平行排列，则换能器阵列元件的径向横截面应为正方形，本文设计的超声换能器阵列元件的结构图如图 3-6 所示。 图 3-6 半波长悬浮器的结构示意图3.2.2 半波长换能器阵元的变幅杆设计 如果一个变换能量机器形成一个换能器数组，那么变换能量机器放电水平的形状有具体的要求，包括分离室的形状和悬挂传动路径的设计。悬架运输的线性悬挂是通过引用外国文学实现的。超声波转换器的辐射端被选为矩形，辐射端的形状和大小被选为1515毫米，这取决于数组内部的轴向中心距离。由于开发的超声波转换器预计将获得相对较大的悬架功率，因此，设计中的变幅杆可能具有相对较高的振幅放大系数。根据文献保护器的形状被选为纯形式。半波转换器装置的喇叭形结构如图 3-8 所示。 图 3-8 变换能量器阵元的变幅杆结构解析图该段变化幅度杆的边界条件可以根据变化幅杆任何一个横截面的应力与变化幅度杆任何一段振幅速度的连续性可得到 超声变幅杆的l6部分的长度不应太大。否则，将降低整个换能器的振荡速度，但是l6部分的长度不能太小。如果l6部分的长度太小，则换能器会振动。根据频率方程，方法的变化是l5部分的长度根据l4和l6段的分析得到，l4段喇叭的外径为13mm，l5段的外径为6mm。把任何一部分的材料性能的参数和任何一部分的尺寸参数当作振荡速率比表达式，以获得所设计的超声换能器的振幅放大因子。表3-3列出了换能器变幅杆各部分的长度和换能器长度阵列元素振动速度的比率。 表 3-3超声换能器阵元变幅杆各部分长度与振速比段号l4l5l6Ve/vf长度（mm）828.144.4352长度（mm）824.153.9766长度（mm）1027.044.3763长度（mm）1023.553.9239长度（mm）1020.363.5260长度（mm）1126.744.4213.3 超声发生器设计3.3.1 整流滤波电路设计策略改变电路的功能可以通过简化DC逆变器的可伸长缩小的滤波机器。工业逆变器通常使用二极管或整流器作为dc动力的动力块，特别是二极管作为反转器的动力。二极管的控制可以分为半波控制、半桥控制和全权控制。这座桥的整套结构之所以被选中，是因为它需要更高的出口功率。3.3.2逆变电路设计电路的工作方法是：当T1得电时，电流通过T1，Tr和C2流回到电源的负极。变压器的一边得到一个负的正电压，在这个电压的数值为电源电压的一半。由于具有相同名称的末端之间的关系，次级侧同时感应出负电压和正电压。 D2打开，D1关闭，电流流过通道的次级侧，D2，L，负载R和次级侧。当T2接通时，在变压器的初级侧感应正负电压，D1接通，D2关断，并且电流通过多个电感存储能量并将能量提供给负载。当T1和T2都断开时，次级侧的两个绕组的电压变为零。此时，L中存储的能量释放到负载。当次级线圈电压下降到零的时候，D1和D2都将作为续流，并且由这两个线圈获得的电流几乎相同。当D1和D2都导通时，次级电压固定为零。 3.3.3IGBT驱动与频率跟踪电路设计超声波发生器负载的等效容量和电阻的最大影响因素是工作过程。所以，即使匹配电感不变化，负载的谐振频率也会变化。为了在谐振或准谐振条件下换能器始终能够运行，必须相应地更改逆变器的触发脉冲频率。现有的大多数频率跟踪方法都是手动调整的，但是效率太低。因此，具有自动频率跟踪的超声发生器已经成为普遍趋势。有几种方法可以自动跟踪当前频率。 （一）声音跟踪根据去除声音的方法，在换能器采集出共振频率的电信号，并将其反馈到前置放大器用来形成自激振荡器。 其原理框图如图3.9所示。图3.9声跟踪超声波器解析图电路是一个环形结构，在接通电路时会产生脉冲，并且该脉冲会通过前置放大器和功率放大器来开启变换能量机器，让换能器用其固有频率振动。获得相同频率的电信号可以从反馈声音中接收到，并且可以使用相位转换器，频率选择，功率放大器和前置放大器可以用来激励转换器。一旦满足振荡的相位和幅度条件，系统会自振荡，并且振荡频率等于转换器的谐振频率。 （二）电跟踪“电跟踪”指的是反馈自激振荡器，它的三种主要的类型：阻抗桥式，负载分压器式和锁相式。下面简要介绍三种频率跟踪方法的原理。阻抗桥方法补偿换能器臂的没有作用的功和有作用的功的分量，可以使用差分变换量提取替和取代，这运用了电桥平衡的，和换能器臂中的振荡电流成比例的反馈电压通过闭环系统能量提供给转换器成为设备。机械共振频率是自激的。负载电压分配方法负载分配电压反馈系统如图所示锁相频率自动跟踪与前两个自激系统相比，锁相频率自动跟踪系统电路要复杂得多，但有良好的频率自动跟踪性能。因此，它越来越多地用于超声电源中。3.3.4超声波发生器与换能器的匹配设计研制有两个部分匹配变换能量机器和超声的电源，第一个部分是通过通过匹配提供发生器的额定功率，第二个部分是通过匹配使发电机输出效率。传感器的阻抗转换是最高的负载，即阻抗转换的效果。第一是通过匹配使发电机输出效率 最大化。因为换能器的静态电阻，在工作频率下会产生一定的输出电压和电流。因为输出功率无法达到预期的最大输出，并且发电机输出效率的相位差减小，所以发电机输出级的并联电抗或反向阻抗使发电机负载成为纯电阻。换句话说，就是有一个调音效果。当提供电源电压时，它主要取决于负载阻抗，以使功率放大器电路的额定功率输出最大化。结果是让功率放大器电路更好的运行，功率放大器电路的上的电器一定要和它的输出阻抗箱吻合。目的是优化发生器的输出，匹配换能器的输出阻抗必须与发生器的最终功率放大器管匹配。 超声发生器阻抗匹配和传输功率的重要组成部分是输出开关变压器，对超声发生器的安全性非常重要的是设计和绕制过程。它在高电压，高电流和高频率下工作，这可能会影响电路工作通过漏电感和励磁电流，还是导致漏电感形成电压尖峰的重要因素。所以，影响功率管的正常工作的直接因素为它的质量。也就是说，在研制输出变压器时，可以用一些具有高磁通密度的材料，做出来的器件作为变压器芯。把他们进行比较后，串联谐振比并联谐振电路更有利。 转换器的串联电抗小于并联电抗。也就是说，LsLp；传感器的并联电导响应不会因为并联谐振改变，所以串联谐振电导响应是一个双峰值，导纳圆图是两个重叠的圆。串联谐振的有源电阻小于并联谐振的有源电阻。换句话说，串联调谐可以实现较低的输入电阻。因为考虑到串联输入相角和并联谐振的零交叉，所以并联谐振作为宽带特性比串联谐振更好。当前用于功率超声的串联谐振有很多，除了上述串联特性外，当换能器负载短路时，串联谐振在发电机输出回路中具有一个电感串发生短路。在对并联和串联谐振的优点和缺点对比之后，表明了超声波除鳞电源的串联谐振匹配电路具有更显著的优势。 第四章总结在本文中，我们将分析使用单轴级联换能器和半波换能器阵列的超声驻波悬挂和支撑换能器的原理，以及分析方法来设计换能器阵列。在完成驻波悬架传输单元的设计和设计并整合全文之后，本文获得了以下有益的研究成果： （1）基于物理学中的质量守恒，里面有轴向声辐射力的分布，停在声场中的球所接收到的时均势以及声场空间中的声压和介质速度。根据声辐射力与悬架球接收到的重力之间的关系，获得了球在声场中的稳定悬架的理论位置。 （2）根据声辐射力，将悬吊钢球时悬吊的单轴换能器的辐射段的振幅分析为66.08m。换能器阵列的设计应该能够实现小型化。因为换能器原件辐射端的振幅是7.5m，所以它是球的非接触传输，研发理念是符合辐射端幅度的。根据一维可变截面棒的纵向振动方程，使用单点激光振动计对模型将单轴级联换能器和半波长换能器阵列元件设计为分析方法。测量本文设计的超声波驻波杆的横截面幅度的结果是，本文设计的级联换能器的辐射分区的幅度为71.3m，阵列元件1