谢歆鑫

摘 要：文章研究以夹心式换能器为研究目标，获取其机电等效电路，然后分析共振、反共振频率，于是得到换能器的径向振动特征和尺寸之间的关系。并且使用有限元法仿真模拟换能器径向振动特性，计算共振和反共振频率。实验结果表面，计算结果比实际结果具有较好的吻合度。

关键词：有限元法;换能器;径向振动

中图分类号：TB565+.1 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）07-0137-04

Simulation of Radial Vibration Characteristics of Sandwich Transducer Based on Finite Element Method

Xie Xinxin

（School of General Education， Xi an Aeronautical Polytechnic Institute，Xi an 710089 ， China ）

Abstract：This paper studies the sandwich transducer as the research goal， obtains its electromechanical equivalent circuit， and then analyzes the resonance and anti-resonance frequencies， so the relationship between the radial vibration characteristics and the size of the transducer is obtained. And the finite element method is used to simulate the radial vibration characteristics of the transducer， and the resonance and anti-resonance frequencies are calculated. The experimental results show that the calculated results have a better agreement than the actual results.

Keywords：finite element method; transducer; radial vibration

纵向振动形式的夹心式换能器需要具备结构简单、机电转化效率高、耦合系数大，并且还需要具备易于优化设计的特点[1-2]。而传统的夹心式换能器横向尺寸需要小于辐射声波波长的25%，由于横线尺寸是有限的，所以辐射声波波长就会受到限制;而且，传统换能器辐射方向不能实现超声能量的空间辐射，而是沿着换能器纵轴方向辐射，于是就会限制超声波的作用范围[3-5]。文章为了能够改善传统换能器的性能，使得换能器能够适应功率超声新技术的要求，于是对其结构进行改进，所设计的换能器由径向极化的内外金属长圆管和压电陶瓷长圆管在径向复合而成，使用这种结构设计，能够增加声波辐射面积，该结构的换能器如图1所示。结构一共包含内金属管、压电陶瓷长圆管和外金属长圆管，中间属于一个空心状况，于是3个管的内外径分别为a和b、b和c、c和d。文章以该夹心式换能器作为研究对象，研究其径向振动特性，并且使用有限元法进行仿真模拟径向振动特征。

1 换能器径向振动的机电等效电路和频率方程