一种超声换能器负载等效模型建模方法技术

本发明专利技术涉及一种超声换能器负载等效模型建模方法。本发明专利技术包括以下步骤S1、基于等效电路理论构建超声换能器机电等效模型；S2、将超声换能器机电等效模型输入到MATLAB仿真环境中；S3、通过比对方法，确定压力负载下超声换能器输入阻抗特性；S4、基于确定的输入阻抗特性，通过叉值映射法匹配该压力负载下的最优阻抗；S5、运用最小二乘法对超声换能器所加压力负载与最优阻抗进行曲线拟合。本发明专利技术通过叉值映射法找得动态压力负载下对应的最优阻抗，通过最小二乘法对系列数据进行拟合，得到最优函数关系式。基于此换能器压力负载与阻抗等效模型，仅需给定一压力，即可快速、准确得到阻抗。准确得到阻抗。准确得到阻抗。

【技术实现步骤摘要】
一种超声换能器负载等效模型建模方法


[0001]本专利技术涉及超声加工
，具体涉及一种基于等效电路模型的超声换能器负载等效模型建模方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着加工材料的多样化和加工精度要求提高，超声加工系统得到极大的应用。在精密加工系统中，使用超声技术相比于常规加工技术具有提高刀具寿命、提升加工工件质量、增加加工材料范围等优势。掌握超声换能器的负载特性，对设计具有良好控制效果的控制器具有很大的帮助，这是超声加工领域研究者所期待的。
[0003]但是，超声换能器的阻抗受材料、结构尺寸、负载等因素的影响，并且现有很多对超声换能器的研究都是在空载条件下进行，通过建立空载模型进行分析，只能反映系统的部分性能。负载增加后，原有空载模型不能很好反映系统真实情况，导致超声换能器工具头磨损，对超声加工产生极大的影响。加上超声加工过程中负载动态变化剧烈，难以对输入阻抗及谐振频率进行精准估计，无法对超声刀柄及控制器设计提供指导。因此，对超声换能器的负载特性进行研究是非常有必要的。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声换能器负载等效模型建模方法，其特征在于该方法包括以下步骤：S1、基于等效电路理论构建超声换能器机电等效模型；S2、将超声换能器机电等效模型输入到MATLAB仿真环境中；S3、在MATLAB仿真环境下，通过比对方法，确定压力负载下超声换能器输入阻抗特性；S4、基于确定的输入阻抗特性，通过叉值映射法匹配该压力负载下的最优阻抗；S5、运用最小二乘法对超声换能器所加压力负载与最优阻抗进行曲线拟合。2.根据权利要求1所述的一种超声换能器负载等效模型建模方法，其特征在于：在S1中，应用等效电路理论分析超声换能器所加压力负载与阻抗关系，对金属前后盖板和压电陶瓷晶堆的等效模型进行整合，公式表示为：其中，Z
l
为金属后盖板总阻抗，Z
r
为金属前盖板总阻抗，Z
3p
′
为压电陶瓷圆环等效六端网络的串并联阻抗，C0为晶片截止电容，ω为纵波角频率，Z
i
为输入阻抗。3.根据权利要求1所述的一种超声换能器负载等效模型建模方法，其特征在于：在S2中，基于所使用的超声换能器压电陶瓷片、金属前后盖板相关参数信息，在MATLAB仿真环境中，对超声换能器加载不同大小压力时对应的幅频、相频曲线；同时对所选超声换能器进行加载电学特性实验：假设加载过程中输入阻抗特性变化范围为纯阻性、感性、容性，根据超声换能器的部件参数信息和等效模型计算式，可得到超声换能器在不同特性输入阻抗下对应的幅频、相频曲线。4.根据权利要求1所述的一种超声换能器负载等效模型建模方法，其特征在于：在S3中，通过对比分析得到，当输入阻抗为纯阻性时，随着输入阻抗的值增大，幅值曲线的峰值下降，相频曲线占比空间减小，在达到一定值后，超声换能器输入阻抗开始呈容性特性且半功率点等负载特征参数不存在；当输入阻抗为容性时，随着其值的增大，幅值曲线有所下降，且幅频、相频曲线都向右移动，整个扫频范围内输入阻抗特性呈容性；当输入阻抗为感性时，幅频、相频曲线向左移动。5.根据权利要求1所述的一种超声换能器负载等效模型建模方法，其特征在于：在S4中，所述叉值映射法如下：超声换能器的频率和阻抗特性是影响其工作性能的关键因素，综合考虑，选择正向谐振频率F
s
、半功率点F1、动态电阻R三个负载特征参数进行研究；由S3得到超声换能器在压力负载下...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈张平，赵兴红，孔亚广，赵晓东，张帆，黄娜，潘昊晨，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：