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一种压电换能器的动态阻抗匹配方法与频率跟踪
1
作者 纪跃波 杨宇恒 +1 位作者 蒙晨琛 彭云峰 《郑州大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第3期111-117,共7页
动态阻抗匹配技术能够提高压电换能器的输出功率和能量转换效率。现有动态阻抗匹配方法多采用智能数值寻优算法,但智能算法建模复杂、迭代时间长、计算量大,针对这一问题,提出了一种基于数据拟合的动态阻抗匹配方法,并设计了相应的可无... 动态阻抗匹配技术能够提高压电换能器的输出功率和能量转换效率。现有动态阻抗匹配方法多采用智能数值寻优算法,但智能算法建模复杂、迭代时间长、计算量大,针对这一问题,提出了一种基于数据拟合的动态阻抗匹配方法,并设计了相应的可无级调节的T型阻抗匹配网络。所提方法通过工作频率微调,获取对应频率下换能器电阻、电抗分量的观测值,以最小残差平方和为判断依据,得到一组拟合程度最高的换能器等效电路参数,结合相关公式计算出匹配网络元件参数和换能器串联谐振频率,在实现换能器动态阻抗匹配的基础上,进一步实现了频率追踪功能。在Python中对动态阻抗匹配方法进行仿真,在MATLAB/Simulink中搭建仿真电路对阻抗匹配与频率追踪的效果进行仿真,结果表明:所提方法能够较为准确地得到换能器等效电路参数,匹配后的T型阻抗匹配网络两端的电压、电流信号基本同相,有功功率有了明显提升,匹配效果良好,并且相较于遗传算法匹配速度也有了显著提升。 展开更多
关键词 压电换能器 T型匹配网络 动态阻抗匹配 频率追踪 数据拟合 最小二乘法
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用于非接触超声洁牙的压电换能器设计 被引量：1
2
作者 任滢 秦智 +3 位作者 袁宝 李成皓 周静 沈杰 《压电与声光》 CAS 北大核心 2024年第3期381-385,391,共6页
设计了一种非接触式的超声洁牙装置。通过12个超声变幅单元并联组合成牙套式阵列结构,突破了口腔有限空间内对换能器声发射能力的限制。采用声-结构耦合有限元模拟和回归分析,在300~400 kHz工作频段优选PZT-5H为压电相,优化了透声层内... 设计了一种非接触式的超声洁牙装置。通过12个超声变幅单元并联组合成牙套式阵列结构,突破了口腔有限空间内对换能器声发射能力的限制。采用声-结构耦合有限元模拟和回归分析,在300~400 kHz工作频段优选PZT-5H为压电相,优化了透声层内空心圆锥形变幅杆设计。其辐射到牙列表面的平均声功率为2.32 W,正、负相最小声压幅值分别为794.668 kPa、-800.854 kPa。声场分布分析表明,在300~400 kHz频段内扫频激励产生的混响声场可以覆盖整个牙列,实现全方位的超空化非接触式洁牙。 展开更多
关键词 非接触式超声清洗 有限元模拟 牙套式超声洁牙装置 弯曲振动压电换能器
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一种压电换能器热释电防护电路设计
3
作者 李世国 潘灿 +3 位作者 赵德峰 母江东 李军 何知益 《压电与声光》 CAS 北大核心 2024年第2期253-258,263,共7页
该文探讨了压电材料热释电效应产生的机理,得出压电换能器中压电陶瓷材料受温度变化会产生极化电荷,引起的热释电压会使压电换能器输出信号幅值增大,导致输出失效。因此针对热释电问题提出了两点解决方案。经过对比分析设计了一种ESD保... 该文探讨了压电材料热释电效应产生的机理,得出压电换能器中压电陶瓷材料受温度变化会产生极化电荷,引起的热释电压会使压电换能器输出信号幅值增大,导致输出失效。因此针对热释电问题提出了两点解决方案。经过对比分析设计了一种ESD保护电路来解决热释电问题。该ESD保护电路通过设计一种改进型二极管钳位电路,针对压电换能器存在的极化电荷构建热释电释放环路,消除了热释电压对有用信号收发的影响。最后,通过对比实验验证了设计方案的可行性。 展开更多
关键词 压电换能器 热释电效应 信号幅值增大 ESD保护电路 改进型二极管钳位电路
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超声波轴承用压电换能器模态分析及实验研究 被引量：9
4
作者 常颖 吴博达 +2 位作者 程光明 杨志刚 田丰君 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第5期752-754,789,共4页
设计了超声波轴承用压电换能器,确定所采用的压电换能器的相关参数,并采用有限元法进行压电换能器的振动模态分析,确定压电换能器辐射端面与其他零件组成摩擦副时产生最佳减摩效果的振动模态,并通过实验研究加以验证.研究表明,压电换能... 设计了超声波轴承用压电换能器,确定所采用的压电换能器的相关参数,并采用有限元法进行压电换能器的振动模态分析,确定压电换能器辐射端面与其他零件组成摩擦副时产生最佳减摩效果的振动模态,并通过实验研究加以验证.研究表明,压电换能器处于纵向振动状态时产生的减摩效果最好.实验证明,超声振动具有良好的减摩性能,同种材料形成的摩擦副,在超声振动状态下静摩擦系数比非振动状态下降低了70%. 展开更多
关键词 超声振动 压电换能器 减摩 有限元分析
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基于数字电感的压电换能器动态匹配的研究 被引量：11
5
作者 朱武 张佳民 +1 位作者 金长善 蔡鹤皋 《应用声学》 CSCD 北大核心 2000年第2期31-34,共4页
本文用实验的方法叙述了压电换能器的静态夹持电容随温度变化的特性，以及引起匹配质量 下降的问题．提出了一种关于匹配的新概念一数字电感动态匹配，使匹配电感跟随静态电容的变 化，从而提高匹配质量．实验结果表明这种动态匹配方法... 本文用实验的方法叙述了压电换能器的静态夹持电容随温度变化的特性，以及引起匹配质量 下降的问题．提出了一种关于匹配的新概念一数字电感动态匹配，使匹配电感跟随静态电容的变 化，从而提高匹配质量．实验结果表明这种动态匹配方法是行之有效的． 展开更多
关键词 压电换能器 动态匹配 数字电感 超声波换能器
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压电换能器锁相环频率跟踪的失效分析与解决 被引量：9
6
作者 武剑 董惠娟 张广玉 《华南理工大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期123-128,共6页
为提高碳纤维复合材料超声振动钻孔过程中压电换能器频率跟踪的精度及可靠性，以压电换能器等效电路为基础，分析了目前锁相环频率跟踪系统存在的失锁、误跟踪、死锁和跟踪误差大等4种失效形式的原因，指出抵消静态电容是解决跟踪失效... 为提高碳纤维复合材料超声振动钻孔过程中压电换能器频率跟踪的精度及可靠性，以压电换能器等效电路为基础，分析了目前锁相环频率跟踪系统存在的失锁、误跟踪、死锁和跟踪误差大等4种失效形式的原因，指出抵消静态电容是解决跟踪失效的必由之路．据此提出一种基于静态电容补偿法的锁相环频率跟踪技术，该技术可使换能器对锁相环呈现理想的LCR串联谐振特性，有效解决了跟踪失效问题．实验表明：通过该技术，换能器机械谐振频率的跟踪精度可优于-20～10Hz，避免了误跟踪和死锁，跟踪带宽可达6kHz． 展开更多
关键词 压电换能器 锁相环 频率跟踪 跟踪失效 静态电容
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压电换能器等效模型分析与阻抗匹配设计 被引量：5
7
作者 李晓 宋雁鹏 +4 位作者 王志斌 杨常青 薛锐 于慧 吴传超 《应用声学》 CSCD 北大核心 2016年第1期13-19,共7页
声光可调滤光器(Acousto-optic tunable filter,AOTF)的衍射效率不仅与功率信号源的质量、声光晶体氧化碲(TeO_2)的切型有关,而且压电超声换能器的结构以及其阻抗匹配网络也对AOTF的衍射效率有很大影响。本文对X切型铌酸锂(LiNbO_3,LN)... 声光可调滤光器(Acousto-optic tunable filter,AOTF)的衍射效率不仅与功率信号源的质量、声光晶体氧化碲(TeO_2)的切型有关,而且压电超声换能器的结构以及其阻抗匹配网络也对AOTF的衍射效率有很大影响。本文对X切型铌酸锂(LiNbO_3,LN)四层镀膜压电超声换能器的等效模型进行了分析,确定了声光介质存在时换能器的阻抗特性,利用射频微波仿真软件,设计了电感-电容复合匹配网络。将换能器压合在TeO_2上,用复色光作为光源进行了声光衍射实验,经仿真与实验验证表明,该匹配电路可以有效的改善压电换能器的阻抗特性,提高换能器带宽,提高能量传输效率,AOTF衍射效率最高可达92.67%。 展开更多
关键词 AOTF 声光 衍射 压电换能器 阻抗匹配
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超声轴承用压电换能器结构设计与有限元分析 被引量：5
8
作者 李东明 崔爽 +2 位作者 丛琳皓 王道顺 崔玉国 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2014年第1期53-57,共5页
提出了一种超声轴承用新型径向挤压式压电换能器,对换能器的机电特性进行了有限元分析。明确了有限元建模方法,从模态分析角度分析压电换能器的谐振频率和径向最大振幅,依据模态分析结果对压电换能器的幅频特性进行谐响应分析,采用正交... 提出了一种超声轴承用新型径向挤压式压电换能器,对换能器的机电特性进行了有限元分析。明确了有限元建模方法,从模态分析角度分析压电换能器的谐振频率和径向最大振幅,依据模态分析结果对压电换能器的幅频特性进行谐响应分析,采用正交试验法对换能器结构进行优化设计,制作最佳结构压电换能器样机,并进行工作频率测试。实验结果表明,换能器径向振动谐振频率的有限元计算值与实验结果具有良好的一致性,证明了有限元计算的正确性,为超声轴承用压电换能器的设计研究提供重要价值。 展开更多
关键词 超声轴承 压电换能器 有限元 模态分析 优化设计
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压电换能器在并联谐振频率附近特性的研究 被引量：27
9
作者 鲍善惠 王艳东 《声学技术》 CSCD 北大核心 2006年第2期165-168,共4页
对压电换能器在并联谐振频率附近的特性包括功率自动调节性能、品质因数、效率、激励电压及承受电压等进行了分析研究。这些特性对大功率超声换能器的合理运用具有重要影响。用实验验证了分析计算的结果,并在某些方面给出了与串联谐振... 对压电换能器在并联谐振频率附近的特性包括功率自动调节性能、品质因数、效率、激励电压及承受电压等进行了分析研究。这些特性对大功率超声换能器的合理运用具有重要影响。用实验验证了分析计算的结果,并在某些方面给出了与串联谐振频率附近特性的比较。 展开更多
关键词 压电换能器 并联谐振频率 功率自动调节 效率
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具有阻抗匹配层的宽带纵向振动压电换能器设计 被引量：15
10
作者 陈航 张允孟 李志舜 《应用声学》 CSCD 北大核心 2001年第2期31-34,22,共5页
本文研究纵向振动压电换能器的频带展宽问题．在复合棒纵向换能器的辐射端加上适当材料的阻抗匹配层，可以使其工作在非单谐振状态下．在单层阻抗匹配层的情况下，合理地选择匹配层的厚度可以调整其谐振点之间的位置，从而改善换能器的... 本文研究纵向振动压电换能器的频带展宽问题．在复合棒纵向换能器的辐射端加上适当材料的阻抗匹配层，可以使其工作在非单谐振状态下．在单层阻抗匹配层的情况下，合理地选择匹配层的厚度可以调整其谐振点之间的位置，从而改善换能器的辐射特性．本研究结果表明，对于机械品质因素 Ｑｍ＝６，发射响应带宽△ｆ＝４ｋＨＺ的纵向振子，采用四分之一波长厚度的匹配层，在不降低发射响应的条件下，可展宽频带一倍以上。 展开更多
关键词 阻抗匹配层 纵向振动压电换能器 发射响应带宽
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超声减摩用压电换能器阻抗匹配的试验研究 被引量：5
11
作者 彭太江 常颖 +1 位作者 杨志刚 吴博达 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2004年第1期65-68,共4页
对超声减摩特性已进行了一些研究,实验结果表明,当超声振动的振幅越大超声振动的减摩性越好。因此,要使减摩效果达到最好,应使压电振子在谐振点附近工作,使其振幅达到最大。该文讨论了压电换能器的各种匹配电路及其匹配关系并进行了相... 对超声减摩特性已进行了一些研究,实验结果表明,当超声振动的振幅越大超声振动的减摩性越好。因此,要使减摩效果达到最好,应使压电振子在谐振点附近工作,使其振幅达到最大。该文讨论了压电换能器的各种匹配电路及其匹配关系并进行了相关实验;结果表明,选择合适的匹配方法,能有效提高压电换能器的性能。 展开更多
关键词 压电换能器 阻抗匹配 阻抗
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超声波轴承用挤压式压电换能器的共振频率 被引量：4
12
作者 李东明 崔爽 +2 位作者 丛琳皓 王道顺 崔玉国 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第9期2423-2430,共8页
设计了一种超声悬浮轴承用新型径向挤压式压电换能器,用于验证超声波轴承径向共振频率理论计算的正确性。基于弹性理论、压电方程和机电类比原理,建立压电换能器机电等效电路图,理论推导出了压电换能器径向振动的共振频率方程;然后,应用... 设计了一种超声悬浮轴承用新型径向挤压式压电换能器,用于验证超声波轴承径向共振频率理论计算的正确性。基于弹性理论、压电方程和机电类比原理,建立压电换能器机电等效电路图,理论推导出了压电换能器径向振动的共振频率方程;然后,应用Matlab软件计算出了压电换能器的共振频率。采用有限元软件对已知结构尺寸的换能器进行模态分析,计算出压电换能器所需振型及该振型下的共振频率,数值仿真分析了换能器结构尺寸对换能器共振频率和径向振幅的影响。最后,设计了一台样机,从理论、仿真及实验三方面对其共振频率进行验证。实验结果显示:换能器径向振动共振频率的理论值与实验结果相对误差为5.89%,仿真值与实验结果误差为3.53%。实验结果证明了理论计算方法的正确性,为压电挤压换能器的设计提供了理论依据。 展开更多
关键词 超声悬浮轴承 压电换能器 机电等效电路 共振频率 模态分析
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热超声键合压电换能器的动力学特性 被引量：5
13
作者 王福军 赵兴玉 +1 位作者 张大卫 武一民 《焊接学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第10期69-72,共4页
基于有限元方法和试验测试,研究了芯片封装用压电超声换能器的动力学特性。借助ANSYS压电耦合和非线性接触分析功能,对换能器自由和约束状态下的振动特性进行了分析。探讨了超声能量在空间域、时域和频域的传递规律。由模态分析得到换... 基于有限元方法和试验测试,研究了芯片封装用压电超声换能器的动力学特性。借助ANSYS压电耦合和非线性接触分析功能,对换能器自由和约束状态下的振动特性进行了分析。探讨了超声能量在空间域、时域和频域的传递规律。由模态分析得到换能器的振动形式,通过谐响应分析提取其在正弦电压激励下的振动信息,经瞬态分析获得换能器的瞬态响应。结果表明,螺栓径向尺寸和预紧力影响换能器的模态分布和动态特性,压电晶堆加载电压的频率影响超声能量传递特性。通过键合试验考察了焊点质量与螺栓径向尺寸的关系。分析和试验结果为换能器设计和键合工艺优化提供了指导。 展开更多
关键词 压电换能器 动力学分析 有限元方法 热超声键合
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压电换能器阻抗匹配技术研究 被引量：30
14
作者 潘仲明 祝琴 《应用声学》 CSCD 北大核心 2007年第6期357-361,共5页
超声测距传感器是由压电换能器及其收、发电路所组成的,其中压电换能器的阻抗特性直接影响着超声测距传感器的性能。为提高超声波回波信号的强度,扩大超声测距传感器的作用距离,对压电换能器的阻抗特性进行了分析与测试,设计了压电换能... 超声测距传感器是由压电换能器及其收、发电路所组成的,其中压电换能器的阻抗特性直接影响着超声测距传感器的性能。为提高超声波回波信号的强度,扩大超声测距传感器的作用距离,对压电换能器的阻抗特性进行了分析与测试,设计了压电换能器的阻抗匹配电路,并进行了实验验证. 展开更多
关键词 压电换能器 阻抗匹配 超声测距
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压电换能器性能参数与预应力关系的实验研究 被引量：7
15
作者 李军 贺西平 丁少虎 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2008年第1期100-101,105,共3页
研究了换能器性能参数与预应力的关系。测得了不同预应力下压电换能器的共振频率、反共振频率及等效电路参数,得出了这些参数值随预应力变化的规律,即随着预应力的增加,共振频率、反共振频率、静态电容和动态电容随之增大,当预应力达到... 研究了换能器性能参数与预应力的关系。测得了不同预应力下压电换能器的共振频率、反共振频率及等效电路参数,得出了这些参数值随预应力变化的规律,即随着预应力的增加,共振频率、反共振频率、静态电容和动态电容随之增大,当预应力达到一定值后不再随预应力变化而趋于稳定值;动态电感几乎不随预应力的变化而变化,始终保持为一定值。 展开更多
关键词 预应力 压电换能器 性能参数
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功率超声压电换能器阻抗匹配电路参数化设计 被引量：13
16
作者 韩丽轩 于保华 胡小平 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2015年第4期713-716,720,共5页
针对功率超声压电换能器,因工作环境变化和负载差异而导致匹配失调,及因匹配参数计算复杂而导致设计效率低、易出错的问题,在分析传统LC匹配电路的基础上设计了一种增加可调元件进行匹配失调补偿的改进型LC匹配电路,提出了一种功率超声... 针对功率超声压电换能器,因工作环境变化和负载差异而导致匹配失调,及因匹配参数计算复杂而导致设计效率低、易出错的问题,在分析传统LC匹配电路的基础上设计了一种增加可调元件进行匹配失调补偿的改进型LC匹配电路,提出了一种功率超声压电换能器阻抗匹配电路的参数化设计方法,开发了相应的参数化设计软件,通过实验验证表明,该设计方法和软件为功率超声压电换能器匹配电路的设计提供了一种方便、实用、快捷、可靠的手段。 展开更多
关键词 功率超声 压电换能器 阻抗匹配电路 参数化设计
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预应力螺栓对压电换能器性能参数的影响 被引量：5
17
作者 李军 贺西平 丁少虎 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2010年第6期985-986,990,共3页
考虑了压电换能器中的预应力螺栓。当位移节面位于压电陶瓷晶堆中,研究了压电换能器的共振频率、反共振频率和有效机电耦合系数随螺栓的长度、直径和位置的变化规律。结果表明,当螺栓的长度、直径和位置变化时,换能器的共振频率变化可达... 考虑了压电换能器中的预应力螺栓。当位移节面位于压电陶瓷晶堆中,研究了压电换能器的共振频率、反共振频率和有效机电耦合系数随螺栓的长度、直径和位置的变化规律。结果表明,当螺栓的长度、直径和位置变化时,换能器的共振频率变化可达1.3 kHz,而有效机电耦合系数的相对变化可达25.5%。适当设计螺栓,可提高压电换能器的性能。 展开更多
关键词 夹心式压电换能器 螺栓 共振频率 反共振频率 有效机电耦合系数
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复频聚焦超声压电换能器声场及频谱的研究 被引量：8
18
作者 石焕文 尚志远 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2000年第2期98-100,共3页
研制了一种新型复频聚焦超声换能器，并从理论上计算了辐射声压在轴向上的分布曲线，进而确定了焦区位置，这与实验所得结果符合得较好。文章还对换能器在水中焦区辐射声场的频谱进行了研究，观测到了两个原波，和频波、差频波及倍频波... 研制了一种新型复频聚焦超声换能器，并从理论上计算了辐射声压在轴向上的分布曲线，进而确定了焦区位置，这与实验所得结果符合得较好。文章还对换能器在水中焦区辐射声场的频谱进行了研究，观测到了两个原波，和频波、差频波及倍频波，证实了声散射声效应的存在。 展开更多
关键词 复频聚焦超声 压电换能器 声场 频谱
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V型压电换能器的有限元分析与实验 被引量：3
19
作者 侯志伟 陈仁文 刘祥建 《振动．测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2012年第6期892-896,1031-1032,共5页
为实现对不同方向环境振动能量的收集,提出了一种新颖的V型压电换能器,对其进行了有限元仿真分析和实验测试。有限元分析表明,压电陶瓷片与金属弹性基片之间有一个最佳厚度比,为0.5,使得换能器发电能力最强。随着换能器两金属基片夹角... 为实现对不同方向环境振动能量的收集,提出了一种新颖的V型压电换能器,对其进行了有限元仿真分析和实验测试。有限元分析表明,压电陶瓷片与金属弹性基片之间有一个最佳厚度比,为0.5,使得换能器发电能力最强。随着换能器两金属基片夹角的增大,其输出电压不断减小。实验测试显示,有限元分析与实验结果具有较好的一致性,且都在压电陶瓷片厚度为0.15mm时,其输出开路电压最大,验证了有限元分析的可靠性。在输出功率测试中,V型压电换能器对外负载供能具有较好的优越性,且在峰值为0.3N的作用力下,输出功率达到22μW。 展开更多
关键词 压电换能器 压电陶瓷 有限元仿真 V型 发电
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透镜式聚焦压电换能器超声功率测试分析 被引量：2
20
作者 林广义 汪炜 +1 位作者 刘正埙 董歧 《东南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第1期67-70,共4页
从声学原理出发推导了作用于锥面反射靶的超声功率和辐射压力之间的关系，在此基础上设计了一种新型超声功率计，该超声功率计采用反射靶加吸收靶的结构形式，避免了反射声束之间的相互干扰．用校正螺母对该功率计进行了校准和误差分析... 从声学原理出发推导了作用于锥面反射靶的超声功率和辐射压力之间的关系，在此基础上设计了一种新型超声功率计，该超声功率计采用反射靶加吸收靶的结构形式，避免了反射声束之间的相互干扰．用校正螺母对该功率计进行了校准和误差分析，并采用3个不同角度的反射靶对该声功率计进行了验证．理论分析和实验表明：在0—200W的测量范围内，采用3个不同角度的反射靶测量结果基本吻合，最大相对误差为10％左右；被测量的透镜式聚焦压电换能器的电功率、声功率随着驱动电压的升高而增大，且声功率增加逐渐变缓，呈一定的非线性． 展开更多
关键词 压电换能器 声功率测试 激波
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