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小木虫论坛-学术科研互动平台 » 化学化工区 » 化工设备 » 静设备 » 变幅杆超声波发生器的简单声学计算
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smoon0506

木虫 (正式写手)

大师

[求助] 变幅杆超声波发生器的简单声学计算

有如下变幅杆超声波发生器的简单声学计算题，希望有知道的给解释一下。变幅杆技术是通过可以放大位移的振幅。因为发射换能器与变幅杆是耦合在一起的，即其体积速度是一样的。通常变幅杆的面积是小于发射换能器的面积，这样变幅杆的位移就要大于发射换能器的位移。也就是从能量角度看，在无能量损失或耦合损失比较小时，变幅杆可以将大面积上的能量集中到小面积上，从而提高声强。
       对本学科不是很清楚，变幅杆超声波发生器方面的知识更是了解的比较少，希望各位同仁有知道的，帮小生解决一下这个难题，谢谢。



已知一个超声源，设其工作频率为f= 20kHz，换能器半径a = 5cm，通过变幅杆将能量聚集，变幅杆的半径b = 0.5cm，水中声速为c = 1500m/s，试作以下计算。
1. 在不考虑能量损失的条件下，通过变幅杆技术，声强增加了多少倍？
2. 换能器振动速度与变幅杆振动速度之比为多少倍？
3. 通过变幅杆技术，其辐射功率增加了多少倍？
4. 声波辐射时从近场到远场的临界距离是多少？
5. 变幅杆换能器在水中工作时的辐射质量是多少？
6. 变幅杆换能器在空气中工作时的辐射质量是多少？设空气中的声速为c =340m/s，其密度为= 1.29kg/m3
7. 设换能器本身的工作频率为f = 20kHz，其等效的振动质量M = 4.7kg，试分别计算在水中和空气中由于辐射质量所引起的频率漂移。
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1楼 2013-08-21 10:20:18
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qqww133

禁虫 (初入文坛)
★
lvaudi: 金币+1, 感谢交流回帖 2013-08-25 23:21:54
本帖内容被屏蔽
2楼2013-08-22 15:27:51
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smoon0506

木虫 (正式写手)

大师
引用回帖:
2楼: Originally posted by qqww133 at 2013-08-22 15:27:51
这个不知道，没接触过，做的都是些简单的机械设备，像液压升降台www.mysjpt.com之类的设备

谢谢了。 这个需要声学方面的专业人才帮助回答。
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3楼2013-08-25 16:40:12
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谐鸣超声

铜虫 (初入文坛)

【答案】应助回帖

★ ★ ★ ★ ★
smoon0506: 金币+5, ★★★★★最佳答案 2013-10-24 14:36:05
一般而言，变幅杆可以有两种作用，一是变幅，二是声阻抗匹配，具体是何种与变幅杆的结构尺寸有关，假设这里变幅杆是起变幅的作用，故可以求出振幅比，为截面积比的倒是，即放大（5/0.5）^2=100
2、振速和振幅成正比的，所以，振速也同样放大100倍；
1、声强和振速的平方成正比，故放大10000倍；
3、辐射的声功率是不变的，即能量守恒；
4、近远场临界距离等于半径平方除以波长，带入数据可求；
5、6、辐射质量和辐射面积、传播介质有关系，带入相应的公式可以求解；
7、求出辐射质量，带入弹性质量块固有频率公式大致可以求出频率漂移；
以上计算参考的是声学基础（南大 杜功焕等版），你可以可以参考声学基础相关章节看看计算一下就明白了。
赞一下 回复此楼
专业的超声换能器供应商（QQ2564620565）
4楼2013-10-21 11:23:05
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zhanghan81

银虫 (正式写手)

【答案】应助回帖

★
lvaudi: 金币+1, 应助指数+1, 感谢交流回帖，常来化工设备版 2013-11-19 22:23:21
您好！
从声学方面讲，您的问题属于功率超声领域。
在八九十年代很多硕博论文都是相关内容
建议你检索一两本，里面有相当细致的推导和实例，一定很有帮助。
赞一下 回复此楼
践行
5楼2013-11-17 06:06:30
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smoon0506

木虫 (正式写手)

大师
引用回帖:
5楼: Originally posted by zhanghan81 at 2013-11-17 06:06:30
您好！
从声学方面讲，您的问题属于功率超声领域。
在八九十年代很多硕博论文都是相关内容
建议你检索一两本，里面有相当细致的推导和实例，一定很有帮助。

谢谢。
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6楼2013-11-19 07:15:17
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