[发明专利]基于电容器原理的超声纵振及扭振测量方法及装置

摘要

本发明公开了一种基于电容器原理的超声纵振及扭振测量方法及装置，其压电陶瓷片外侧连接有电极片，所述电极片通过电源线与超声电源连接，所述变幅杆从左至右依次设置法兰盘、变截面段和右圆柱段，所述变截面段呈左粗右细结构，且沿圆周方向均匀开设使纵振转换为纵扭复合振动的螺旋槽，每个所述螺旋槽均沿轴向呈螺旋布置；所述变幅杆的右端锥形孔内插接固定有刀具，所述刀具外端的夹持部分与三爪夹紧机构的环形侧壁固定连接，所述三爪夹紧机构的圆形固定板与圆盘型电容器或圆柱型电容器连接，所述圆盘型电容器或圆柱型电容器通过导线与放大器和计算机连接，构成环形线路，以测量超声系统的纵振振幅或扭振振幅。

主权项

1.一种基于电容器原理的超声纵振及扭振测量方法，包括以下步骤：（1）.通过连接螺栓将反射端、压电陶瓷、铜电极和变幅杆连接在一起，压电陶瓷片外侧连接有电极片，电极片通过电源线与超声电源连接，变幅杆从左至右依次设置法兰盘、变截面段和右圆柱段，变截面段右端外径等于右圆柱段的外径，呈左粗右细结构，且沿圆周方向均匀开设使纵振转换为纵扭复合振动的螺旋槽，每个螺旋槽均沿轴向呈螺旋布置；（2）.刀具通过弹性夹头夹装后插入变幅杆右端的锥形孔内，用套在刀具外的压紧螺母将刀具与变幅杆连接；（3）.调节三爪夹紧机构位置，使其环形侧壁位于刀具的夹持部位，再调节三个螺栓夹持刀具，使三爪夹紧机构与刀具固定在一起；（4）.将圆盘型电容器的左极板固定在三爪夹紧机构的圆形固定板上，且保证左极板与水平面相垂直，由导线依次连接左极板、放大器、计算机和右极板，刀具发生纵振时，两极板的间距将发生高频周期性变化，极板之间电场强度E0不变，距离d同频变化，电压发生周期性变化，经放大器将电压信号放大k倍，再由计算机输出电压波形图，为减小测量误差，取多组波峰与波谷的平均电压差∆U，由∆U=kE0∆d，可得纵振振幅a=∆d/2=∆U÷2kE0；（5）.将圆柱型电容器固定在三爪夹紧机构的圆形固定板上，由导线依次连接内圆柱接线端、放大器、计算机和外圆柱环接线端，刀具发生扭振时，极板间的正对面积将发生高频周期性变化，极板间电场强度E同频改变，距离d不变，电压发生周期性变化，经放大器将电压信号放大k倍，再由计算机输出电压波形图；若初始状态下内极板所对应的圆周角为θ₀，极板间的电场强度为E₀，正对面积S₀，扭转时板间正对面积为S，内外极板正对圆心角差值的绝对值为∆θ，则刀具扭转角为∆θ；极板带电量不变，则电场强度E与板间正对面积S成反比，内极板发生偏转时，S₀/S=θ₀/(θ₀‑∆θ),有E/E₀=θ₀/(θ₀‑∆θ)，则∆E=E₀θ₀/(θ₀－∆θ)－E₀，同样取多组波峰与波谷的平均电压差∆U，由∆U=k∆Ed，可得扭转的角度∆θ=∆Uθ₀/(∆U+kdE₀)，刀具上距离中心轴为r的任一点的扭转振幅a=。