钴铁氧体磁致伸缩超声换能器设计及输出特性OA北大核心CSTPCD

传统镍基材料和稀土基材料磁致伸缩系数小、涡流损耗大、制备成本高,采用钴铁氧体作为磁致伸缩超声换能器的驱动核心可实现在高频条件下的稳定服役和大功率输出。基于钴铁氧体磁致伸缩特性,设计了谐振频率30 kHz的纵振磁致伸缩超声换能器,使用有限元仿真对钴铁氧体磁致伸缩换能器进行动力学与磁场分析。对钴铁氧体磁致伸缩超声换能器进行阻抗匹配并测试其输出特性,实验测试了样机谐振频率、输出振幅与工作温度。结果表明:换能器采用钕铁硼建立的偏置磁场,磁感应强度为0.1~0.25 T(301~653 Oe),使钴铁氧体处于最佳驱动区内(250~750 Oe);换能器振幅输出和工作温度随着驱动电压的增大而增大,在驱动电压为12 V、信号增益为20 dB条件下换能器实际谐振频率为29.8 kHz,输出振幅可达3.75μm,稳定工作温度60℃,该实验结果验证了钴铁氧体在磁致伸缩换能器领域的可靠性与应用潜力。