超聲電機技術是當前國內外研究的熱門課題之一。有關專家預言：超聲電機在21世紀將會獲得更廣泛的推廣和應用。也正因為如此，國家自然科學基金委員會已將超聲電機是振動利用最典的機電產品一體化之一。不管是行波型或駐波型、旋轉型或直線型超聲電機都是依靠壓電陶瓷的逆壓電效應來激發(fā)起定子或動子在超聲域內的共振（微米級），再通過定子準子或動子/定子之間的摩擦作用，將其微米級振動轉換為轉子或動子的單方向的宏觀轉動或直線運動。
u）為本研究中心研制的trum-60型旋轉動或直線運動。式行波超聲電機分解圖。定子上貼有已被極化的壓電陶瓷片，其中a、b為二根相線。當a相通以與定子某一階共振頻率相同的超聲（大于20khz）電壓時，定子將被激出該階共振，呈現(xiàn)駐波（振型）；當b相通以同樣的電壓時，則將產生同樣的駐波，但其空間上相差90°（這是由于壓電陶瓷片在極化時被分成a相和b相兩個激勵區(qū)且它們在空間上相差已設定為90°的緣故）。如果a、b二相同時通以相同的電壓，且它們在時間上相差90°，那么，在定子上就會形成行波（旋轉的振型）。正是這個行波，加上定子與轉子間的預壓力p，就產生定子/轉子之間的相對運動，如（6）所示。因此，尋求超聲電機定子的共振頻率及其振型至關重要。如何選取定子的最佳共振頻率及其振型，并根據(jù)其振型來設計壓電陶瓷片的形狀及其極化分區(qū)是超聲電機設計中首要解決的問題。目前可以用有限元法或其他一些理論方法來計算出定子的動態(tài)特性。但是，由于理論計算總要包含種種的假設以及材料特性和制造上的種種誤差，其計算結果總不會十分準確，最后還需要試驗來驗證。同時，彈性體和壓電陶瓷粘接的質量對振型也有較大影響，要根據(jù)實測振型來檢驗。
國家自然科學基金重點資助項目（項目編號：50235010）。274 trum型旋轉式行波超聲電機的分解圖及其工作原理示意超聲電機定子的模態(tài)試驗1990年代，在本研究中心，超聲電機定子的頻率響應特性是借助動態(tài)分析儀hp3562a來完成的。但是由于定子體積小、重量輕、不能附加任何剛度和質量，振型的測量十分困難。開始用激光全息攝影來測量，以獲得定子的節(jié)型圖（節(jié)線的分布圖），如所示。由于這種測量方法要在一個很安靜的激光全息息攝影室中進行，而且拍攝的底片經過沖洗，才能得到全息照片。它不僅測量比較麻煩，而且不能即時得到結果。為此，從西安交大購買了一臺ss-300型電子散斑激光測振儀，如所示。右邊是利用該儀器測得的某型超聲電機定子之節(jié)型圖，圖中白色徑線代表節(jié)線。在本中心超聲電機前期研究工作中，該儀器起了十分重要作用，完成了一系列的研究和。它是目前世界上做結構模態(tài)試驗最好的儀器：非接觸測量、頻率范圍廣、測量精度高、測量速度快等等。其系統(tǒng)方框圖，如所示。由可知，該系統(tǒng)由硬件和數(shù)據(jù)處理軟件兩大部分組成。硬件核心為一臺高精度激光干涉儀，輸出高頻激光照射到待測目標上，同時收集由被測目標散射回來激光，經干涉產生正比于被測目標振動速度的多普勒頻移信號，經解碼控制器處理，輸出被測目標的振動速度和位移模擬量。經連接箱內的高速a/d變換后進人計算機。計算機的掃描模塊產生的數(shù)字信號，經連接箱內的d/a變換成模擬信號，再通到功率放大器，把一定的電壓加到超聲電機定子（待測目標）的壓電陶瓷片的a或b相，從而使定子產生振動。對定子的掃描測量是通過激光干涉儀前的一對高速擺鏡來實現(xiàn)的。軟件與計算機用于全系統(tǒng)定子頻率響應曲線）定子的振型（bm，37.2的度振幅能精確定量，所以，對于超聲電機定子結構的優(yōu)化設計，壓電陶瓷極化分區(qū)的最佳設計以及超聲電機效率的改善等等的研究都有很大的幫助。對于電子散斑激光測振儀難以獲得的桿狀定子縱向振動模態(tài)、扭轉振動模態(tài)以及圓板平面內自動控制、數(shù)據(jù)質量評估和模態(tài)分析及顯示等。由于用該系統(tǒng)測量的位移振幅、速度振幅和加速振動模態(tài)，都能用該系統(tǒng)獲得。此外，它還能夠獲得被試件的位移振幅、速度振幅和加速度振幅的頻率響應曲線。為用psv-300f-b高頻掃描激光測振系統(tǒng)獲得的trum -45型超聲電機定子的節(jié)型圖（圖色徑線代表節(jié)線），為用此系統(tǒng)獲得的同一定子的頻率響應曲線和振型圖。
psv-300f-b高頻掃描激光測振系統(tǒng)獲得的trum-45型超聲電機定子的頻率響應曲線u）和振型圖（6）3結束語本中心在模態(tài)試驗研究方面，雖然已擁有先進的儀器設備，但是我們做的試驗還很不夠，經驗尚不多。特別對于具有特殊形狀的定子，如何用該系統(tǒng)獲得正確和有用的試驗數(shù)據(jù)，有待于進一步研究和實踐。我們歡迎與全國各兄弟單位密切合作，共同努力，來攻克超聲電機研究中的模態(tài)試驗技術。
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