功率放大器在先進硬脆材料的橢圓超聲輔助固結磨粒化學機械拋光研究中的應用

發布：2021-06-17

實驗名稱：功率放大器基于二維橢圓超聲振子的制作和振動特性測試應用

實驗目的：檢測并驗證所制作的壓電陶瓷振子的實際諧振頻率是否和設計相同

實驗內容：

通過在一大塊壓電陶瓷上分割電極，實際上起到四片壓電陶瓷并列排放的效果，電極的材料為Ag，通過鍍膜的方法鍍在壓電陶瓷表面，壓電陶瓷和304不銹鋼基體通過環氧樹脂膠粘接，實現振動的傳遞。

實驗過程：

諧振特性分析所用的電路圖如圖所示，頻率特性分析儀提供掃頻的輸出信號，并可以測量壓電陶瓷振子兩端的電壓和通過壓電陶瓷振子的電流，功率放大器（ATA-4052)將輸入信號放大后加到振子電路中，壓電陶瓷振子串聯一歐姆標準電阻。掃頻范圍為20k—30kHz。其中當只有間隔的兩個電極通電時，振子的B4模態被激勵，當四個電極同時通電時，振子的L1模態被激勵。

橢圓超聲振子諧振特性分析電路圖

實驗結果：

從圖中可以看出，振子B4模態的諧振頻率為24.10kHz，反諧振頻率為24.22kHz，L1模態的諧振頻率為24.01kHz，反諧振頻率為24.24kHz。兩種振動模式的諧振頻率之間的差異約為0.09kHz，在使用該超聲振子時這種程度的誤差在允許范圍內。此外，由于兩個振蕩模式之間的共振頻率差較小，因此對于縱向和彎曲振動都可以在同一頻率下獲得最大振幅，此時合成的橢圓振動的振幅將是最大的。

      另一方面，兩種振動模式中的反共振點之間的差異約為0.02kHz，差異很小。因為當超聲振子在共振點被激勵時，雖然阻抗很小并且振幅最大。但是，如果使用接近共振點的頻率，對壓電陶瓷會施加比較大的負荷，這可能導致壓電陶瓷材料的破裂或破裂。而當在反共振點處激勵時，阻抗增加并且功耗最小化。因此，激勵信號的頻率通常位于反共振點，0.02kHz的差異符合要求。因此可知，圖所示的振子在24.22kHz的頻率下激勵時會產最優的超聲橢圓軌跡。

L1模態的阻抗特性曲線

B4模態的阻抗特性曲線

兩種振動模式中的反共振點之間的差異約為0.02kHz，差異很小。因為當超聲振子在共振點被激勵時，雖然阻抗很小并且振幅最大。但是，如果使用接近共振點的頻率，對壓電陶瓷會施加比較大的負荷，這可能導致壓電陶瓷材料的破裂或破裂。而當在反共振點處激勵時，阻抗增加并且功耗最小化。因此，激勵信號的頻率通常位于反共振點，0.02kHz的差異符合要求。因此可知，如圖所示的振子在24.22kHz的頻率下激勵時會產最優的超聲橢圓軌跡。（aigtek.com）

L1模態和B4模態的阻抗特性對比