[发明专利]一种振动体机械品质因数的测量系统和测量方法

说明书

本发明属于机械品质因数测量技术领域，具体涉及一种振动体机械品质因数的测量方法和测量系统。用检测信号波驱动超声换能器激发振动体的振动，沿振动体轴向移动测振装置，测量振动体表面ΔZ微元间距多个质点的振动速度和相位，对振动体上测量质点的振动速度做空间傅里叶变换，得到波数空间内频谱，确定主波数k₀，去除1.2k₀以上波数，还原质点的振动速度在空间内的分布曲线，计算微元的能量损耗ΔE_d和微元的无功能量ΔE_r，得出振动体机械品质因数与振动体振幅的对应关系；本发明从原理上避免了连接器的能量损耗对测量结果的影响，保证了测量精度，使用先分析微元，再通过微元分析整体的方法使整个计算过程简单，可进行大规模应用。

技术领域

本发明属于机械品质因数测量技术领域，具体涉及一种振动体机械品质因数的测量系统和测量方法。

背景技术

超声元件由于具有结构简单、输出功率高、重量小、易于集成等优点，被广泛应用到超声电机、超声声源等设备中。如图1所示，超声元件包括超声换能器1和振动体4，超声换能器1包括压电陶瓷片11和固定设置在压电陶瓷片11上的换能振动体12，振动体4通过连接器2与换能振动体12固定连接，压电陶瓷片11和振动体4二者对超声元件性能具有重要影响。选择振动体4是超声元件设计中必须考虑的问题。为判断某种材料是否适合作为振动体4，需要明确该材料在大振幅条件下机械品质因数与振幅的关系。

现有机械品质因数测量方法包括：(1)锤击法，该方法的实验装置和数据处理方法简单，但无法检测相位数据，外界环境对其方法影响很大，导致测量误差较大，且利用其方法无法定量判断机械品质因数和振幅的关系；(2)阻抗圆法，该方法通过测量共振频率和-3dB带宽确定机械品质因数，但该方法测量速度慢，测量步骤繁杂，且利用该方法无法排除激振材料和振动体间能量损耗对测量结果的影响，测量精度低；(3)脉冲波法，该方法通过检测脉冲波的衰减程度确定机械品质因数，但由于脉冲波能量低，利用其方法无法测量大振幅条件下机械品质因数。鉴于此，需要开发其他方法测量大振幅条件下机械品质因数和振幅的定量关系。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的对振动体机械品质因数的测量精度低，无法同时测量大振幅条件下振动体机械品质因数的缺陷，提供了一种能保证高测量精度的同时测量大振幅条件下振动体机械品质因数的系统和方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种振动体机械品质因数的测量方法，其特征在于,包括步骤：

S1，用检测信号波驱动超声换能器带动振动体振动；

S2，沿振动体轴向移动测振装置，测量振动体表面ΔZ微元间距的多个质点的振动速度和相位；

S3，对振动体上测量的多个质点的振动速度做空间傅里叶变换，得到波数空间内频谱，并确定主波数k₀；

S4，利用公式，计算去除1.2k₀以上波数；

S5，通过傅里叶逆变换还原多个质点的振动速度在空间内的分布曲线；

S6，假设所述微元的左端为A、正中为B和右端为C，其振动速度分别为V_A、V_B和V_C，其相位分别为θ_A、θ_B和θ_C，左端微元横截面L_L，右端微元横截面为L_R，左端微元横截面L_L和右端微元横截面L_R之间相差ΔZ微元间距，左端微元横截面L_L的有功能量为E_in，右端微元横截面L_R的有功能量为E_out，计算所述微元的能量损耗ΔE_d；计算公式如下：