阶梯形变幅杆的放大性能.pdf

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第35卷第4期陕西师范大学学报(自然科学版)Vo1．35No．42007年12月JournalofShaanxiNormalUniversity(NaturalScienceEdition)Dec．2007文章编号：1672—4291(2007)04—0052—03阶梯形变幅杆的放大性能汪彦军，贺西平，张频(陕西省物理研究所，陕西西安710062)摘要：从变截面杆波动方程出发，研究了半波长阶梯形变幅杆放大系数与几何尺寸及组成材料之间的关系．结果表明，半波长阶梯形变幅杆放大系数不仅与组成阶梯

2、形变幅杆两段均匀杆的几何尺寸有关，还与这两段均匀杆的材料有关；宽端材料密度较大，两段均匀杆杆长为四分之一波长时，阶梯形变幅杆放大系数最大．关键词：变幅杆；放大系数；阻抗率中图分类号：o426．1文献标识码：AAmplificationnatureofsteppedultrasonictransformerWANGYah—jun，HEXi—ping，ZHANGPin(PhysicalInstituteofShaanxiProvince，Xian710062，Shaanxi，China)Abstract：Therelationbetween

3、amplificationcoefficientofhalf-wavelengthsteppedultrasonictransformerandbothitsphysicaldimensionandmaterialiSstudiedfromwaveequationofvariablecross-sectionhorn．TheresultindicatesthattheamplificationfactoriSrelatednotonlytoitsphysicaldimensionbutalsotomaterialofthehorn．an

4、dtheamplificationfactorofultrasonictransformeriSmaximumwhenthedensityofwideendisgreaterthanthatofnarrowoneandthelengthofthetwohornsareaquarterofwavelengthrespectively．Keywords：amplitudetransformerhorn；amplificationfactor；impedancerate在超声振动系统中，变幅杆的主要作用是把机械振动质点位移或速度放大，或将能量

5、集中在较小面积上．在高强超声应用中，辐射面振动幅度一般为F2S2几十到几百微米，如超声焊接等，超声换能器辐射面的振动幅度在20kHz范围内一般只有几微米，因此必须在换能器的辐射面连接变幅杆将振动幅度放大【1-8]本文研究由两段不同材料均匀杆组成的阶图1阶梯形变幅杆Fig．1steppedultrasonictransformer梯形变幅杆的放大性能．对于阶梯形变幅杆，其解可写为1放大系数与几何尺寸的关系e。=AICOS+Blsin，一口<<0；，1、e6=A2COSkx+B2sin，0<

6、的波动方程为[9]由边界条件和应力连续条件妻+．。亭。+十k2e。：0．·(1)sE-=S2E收稿日期：2006—12—12基金项目：陕西省教育厅科研基金资助项目(07JK216)作者简介：汪彦军，男，硕士研究生，研究方向为超声工程*通讯作者：贺西平，男，博士，教授．维普资讯http://www.cqvip.com第4期汪彦军等：阶梯形变幅杆的放大性能53可得变幅杆的放大系数为e6=一e2cosk(b—z)，0

7、tan(％+)=0．(4)对于不同材料的阶梯形变幅杆，(1)式的解为式中‰愚1口，tantank2b．e。=AlCOSk1z+Blsink1x，一口

8、速增S1Elkl·大，窄端长度等于宽端长度，即等／4时，放大系数Mp-=．(6)达到最大．越过后口、M将迅速减小．把是=，c=^／旦代入得CYSZ01mp=IOlCl1··=s．(7)：：其中Z=pcS为杆