宁景锋，贺西平，李 娜

(陕西师范大学 应用声学研究所，西安 710062)

纵振换能器和弯曲振动圆板组成的模式转换型换能器，结合了纵向换能器的高效大功率和弯曲辐射板的低辐射阻抗、指向性好及大辐射面积等特点，在大功率空气超声领域获得广泛应用［1］。辐射面积较大的弯曲振动圆盘，换能器的辐射面的振动分布很复杂，存在弯曲的反相区，导致了换能器的辐射阻抗、电声效率和声功率降低及指向性变差等问题［2－4］。在大功率超声应用中，超声波换能器主要用于负载变动剧烈的场合，换能器以及与之配合使用的变幅杆、工具头的参数也会因为发热、老化、磨损、疲劳等原因而发生变化，这些都会使得换能器系统的谐振频率改变，造成换能器系统工作在失谐状态而使效率降低，甚至损坏仪器，如超声波清洗、超声车削、焊接等应用中［5－7］。在超声波检测应用中，当换能器系统工作在失谐状态，这将影响换能器辐射面的声场指向性，给测量造成不必要的误差，如利用超声波测算原木年轮、测距、识别与成像及料位检控等应用中［8－9］。

以前的文献都理想地认为，当纵向夹心式换能器激励薄圆盘的中心且二者的频率相等时，此时圆盘弯曲振动的基频等于圆盘的本征频率，且往往将圆盘中心处的激励源看做点激励。实际应用中激励源是有一定面积的，且由于这样或那样的原因很难做到两者的共振频率相等。两者的设计频率一旦有偏差，圆盘的振动及声辐射场就会发生相应变化，而这种情况很难用解析法来计算分析其中的变化规律。……