[发明专利]一种超声换能器激振频率选择方法

说明书

本发明提供一种超声换能器激振频率选择方法，所述方法包括：针对待处理的超声换能器，根据超声换能器的参数，确定超声换能器的扫频范围；根据扫频范围内的每一个频率节点，获取每一个频率节点下所述超声换能器的电阻和电抗值；根据扫频范围内的每一个频率节点的电阻、电抗值，确定用于筛选超声换能器工作频率的筛选临界条件；根据筛选规则，和筛选临界条件，从扫频范围中筛选出至少一个频率节点作为激励超声换能器的工作频率。上述方法选择的超声换能器的激振频率使得超声换能器与外部匹配电感产生耦合谐振，达到电能到机械能的最佳转化效果，振幅最大，振动稳定。

技术领域

本发明涉及超声加工技术领域，特别是一种超声换能器激振频率选择方法及装置、计算机存储介质。

背景技术

超声振动加工中，超声换能器接受超声电源输出的电能，并转换为机械能，驱动刀具产生超声频的微米级的振动，从而实现刀具与加工工件的周期性分离，降低切削力，改善加工表面质量，延长刀具寿命，该技术适宜于难加工材料加工。

超声换能器为超声加工系统关键部件，采用夹心式结构(如图1所示)，由变幅杆1、压电陶瓷堆2、后盖板3和紧固螺栓4组成。超声换能器等效阻抗网络如图2所示，其中C₀称为换能器的静态电容，它是受夹持压电振子两极板之间的电容，是一个真实存在的电学量，可以通过电容表直接测得，在换能器工作过程中近似为常数。L₁称为换能器的等效动态电感，C₁称为换能器的等效动态电容，R₁称为换能器的等效动态电阻。L₁、C₁、R₁反映了换能器压电振子的机械特性，其中，L₁代表了压电振子的质量，C₁代表了压电振子的柔量，R₁代表了压电振子的阻尼，当换能器振动时，这三个参数受负载和温度影响会发生变化。L₁、C₁、R₁串联构成换能器的机械支路，并与电学支路C₀并联耦合。

超声换能器是一个容性元件，为保证超声电源输出的电能有效转换为超声换能器的机械振动，需要在超声电源和超声换能器之间增加一个感性元件对换能器的容抗进行补偿，感性元件与超声换能器内部的容抗发生耦合谐振，使超声电源的负载表现为纯电阻，称这种补偿为阻抗匹配，而此时的耦合谐振频率即为换能器的激振频率。采用可调电感进行阻抗匹配的方法如图3所示，其中，R_T、X_T分别称为超声换能器的串联电阻和串联容抗，是换能器内部机械支路和电学支路耦合的结果，可由图2等效变换得到。

根据图2，当换能器的激振频率时，换能器的机械支路发生谐振，称此频率为换能器的机械谐振频率，记作f_s。当换能器的机械支路谐振时，换能器振动最为强烈，因而被认为是换能器的最佳激振频率。但换能器在机械谐振频率激振时，振动不稳定，且换能器是一个机电耦合体，不仅换能器内部存在机电耦合，与外部的匹配电感也存在耦合，要选择换能器的激振频率，不能单从换能器的机械支路分析，而应从整个换能器激振系统的机电耦合过程来分析确定。

综上，如何基于计算机程序实现对现有的超声换能器的激振频率进行合理选择成为当前需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种超声换能器激振频率选择方法及装置、计算机存储介质。

第一方面，本发明提供一种超声换能器激振频率选择方法，包括：

101、针对待处理的超声换能器，根据所述超声换能器的参数，确定所述超声换能器的扫频范围；

102、根据所述扫频范围内的每一个频率节点，获取每一个频率节点下所述超声换能器的电阻和电抗值；

103、根据所述扫频范围内的每一个频率节点的电阻、电抗值，确定用于筛选超声换能器工作频率的筛选临界条件。