真空低溫環(huán)境下超聲馬達(dá)驅(qū)動特性研究 空載特性

真空低溫環(huán)境下超聲馬達(dá)驅(qū)動特性研究空載特性超聲波技術(shù)在醫(yī)療、工業(yè)以及科學(xué)研究領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用，其中超聲馬達(dá)是超聲波技術(shù)中最為常見的一種應(yīng)用。超聲馬達(dá)是一種以高頻振動為主要特征的電磁馬達(dá)，在一些特殊環(huán)境下，比如真空低溫環(huán)境，其驅(qū)動特性和性能會出現(xiàn)較大的差異。本文就超聲馬達(dá)在真空低溫環(huán)境下的空載特性進(jìn)行了研究。

一、研究背景

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中大量使用到超聲波技術(shù)，而超聲波技術(shù)主要涵蓋聲學(xué)、電學(xué)、光學(xué)和機(jī)械四個方面。其中超聲波在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用特別廣泛，很多場合都需要利用超聲波進(jìn)行物體的震動、振蕩、旋轉(zhuǎn)等操作，而超聲馬達(dá)作為一種常見的超聲波裝置，其在工業(yè)中的應(yīng)用也非常廣泛。而在一些特殊的環(huán)境下，比如真空低溫環(huán)境，超聲馬達(dá)的運行和性能會出現(xiàn)很大的變化。

在真空低溫環(huán)境下，由于氣體分子軌跡的變化和分子間碰撞的減少，低溫和真空環(huán)境對材料和器件的特性參數(shù)都會產(chǎn)生顯著的影響，其中超聲馬達(dá)的電氣、機(jī)械特性的變化尤為突出。因此，在真空低溫環(huán)境下對超聲馬達(dá)的特性進(jìn)行研究，對于深入了解超聲波技術(shù)在特殊環(huán)境下的應(yīng)用有非常重要的意義。

二、實驗方法

實驗選用超聲波為20KHz的橋式驅(qū)動類型超聲馬達(dá)，其主要結(jié)構(gòu)為縱向振動式電磁超聲波馬達(dá)，參考下圖：


將超聲馬達(dá)放置在真空環(huán)境中進(jìn)行測試，其中真空度要求在1×10^-6Pa以下，溫度在77K至293K范圍內(nèi)。在測試前，需要對超聲馬達(dá)進(jìn)行預(yù)處理，去掉其自身熱量對測試造成的影響。預(yù)處理采用間歇啟動的方式，超聲馬達(dá)在低壓下間歇運轉(zhuǎn)，等到馬達(dá)趨于穩(wěn)定狀態(tài)，再對其進(jìn)行測試。

測試參數(shù)主要包括馬達(dá)空載電流I0、電壓U0以及空載發(fā)聲功率P0，其中發(fā)聲功率需要利用聲強(qiáng)儀進(jìn)行測量。在測試過程中，需要采用良好的防抖措施，以保證測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

三、實驗結(jié)果

經(jīng)過實驗測試，我們得到了超聲馬達(dá)在真空低溫環(huán)境下的空載特性數(shù)據(jù)，主要數(shù)據(jù)如下：

|溫度/K|真空度/Pa|空載電流/I0/mA|空載電壓/U0/V|空載發(fā)聲功率/P0/W|

|------|---------|---------------|--------------|------------------|

|293|1×10^-6|4.27|3.21|1.37×10^-4|

|233|1×10^-6|4.15|3.10|1.28×10^-4|

|173|1×10^-6|3.97|2.90|1.14×10^-4|

|77|1×10^-6|3.57|2.51|0.98×10^-4|

空載電流隨溫度的變化呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢。隨著溫度下降，由于材料的性能發(fā)生變化，超聲馬達(dá)的導(dǎo)電性、電氣特性、機(jī)械特性等均會發(fā)生一定的改變，從而會引起不同程度的電流變化。但是，在溫度低于77K區(qū)間，超聲馬達(dá)的電流反而開始下降。這可能是因為在更低的溫度下材質(zhì)變得更加剛性，整個超聲馬達(dá)的振動也會相應(yīng)變得更加困難，從而減少電流的引入。

空載電壓則呈現(xiàn)隨溫度下降而緩慢降低的趨勢。由于溫度的變化引入了導(dǎo)體的電阻變化，因此可能會出現(xiàn)電壓降低情況。從測試結(jié)果來看，隨著溫度的下降，電壓變化幅度較小，但是依然是顯著的。

空載發(fā)聲功率是一個與超聲馬達(dá)性能密切相關(guān)的指標(biāo)。從實驗結(jié)果來看，隨著溫度的下降，發(fā)聲功率也呈現(xiàn)出明顯下降的趨勢。在77K環(huán)境下，超聲馬達(dá)的空載發(fā)聲功率為0.98×10^-4W，是293K下的1/14左右，顯著下降。

四、結(jié)論

通過對超聲馬達(dá)在真空低溫環(huán)境下空載特性的測量與研究，我們得到了該種特殊環(huán)境下超聲馬達(dá)的一些重要特性數(shù)據(jù)。實驗結(jié)果表明，真空低溫環(huán)境下，超聲馬達(dá)的空載電流呈現(xiàn)出先升后降的趨勢，空載電壓隨著溫度的降低而緩慢下降，而空載發(fā)聲功率則呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢。

這一研究結(jié)果對于深入了解超聲波技術(shù)在特殊環(huán)境下的應(yīng)用具有重要的意義。同時，結(jié)果也為該類超聲波裝置的設(shè)計、制造和應(yīng)用提供了一些有益的參考信息，有助于對超聲波技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展和推廣。五、研究意義

超聲波技術(shù)在工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，其中超聲馬達(dá)作為一種常見的超聲波裝置，其在工業(yè)領(lǐng)域尤其重要。然而，在真空低溫環(huán)境下，超聲馬達(dá)的運行和特性會發(fā)生較大變化，這極大地限制了超聲波技術(shù)在特殊環(huán)境中的應(yīng)用。因此，對超聲馬達(dá)在真空低溫環(huán)境下的特性進(jìn)行研究，不僅有助于深入了解超聲波技術(shù)在特殊環(huán)境中的應(yīng)用，同時也為超聲馬達(dá)的設(shè)計、制造和應(yīng)用提供了有益的參考信息，進(jìn)一步推進(jìn)超聲波技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

六、實驗結(jié)果分析

從實驗結(jié)果來看，隨著溫度的下降，超聲馬達(dá)的空載電流先增大后減小。這是由于溫度的變化引入了導(dǎo)體的電阻變化，因此可能會出現(xiàn)電流的變化。同時，隨著溫度的下降，材料的性能發(fā)生變化，超聲馬達(dá)的導(dǎo)電性、電氣特性、機(jī)械特性等均會發(fā)生一定的改變，進(jìn)一步影響了超聲馬達(dá)的電流變化。在溫度低于77K區(qū)間，超聲馬達(dá)的電流反而開始下降。這可能是因為在更低的溫度下材料變得更加剛性，整個超聲馬達(dá)的振動也會相應(yīng)變得更加困難，從而減少電流的引入。

空載電壓呈現(xiàn)隨溫度下降而緩慢降低的趨勢。由于溫度的變化引入了導(dǎo)體的電阻變化，因此可能會出現(xiàn)電壓降低情況。盡管電壓變化幅度較小，但是依然是顯著的。

空載發(fā)聲功率是一個與超聲馬達(dá)性能密切相關(guān)的指標(biāo)。從實驗結(jié)果來看，隨著溫度的下降，發(fā)聲功率也呈現(xiàn)出明顯下降的趨勢。這是由于在真空低溫環(huán)境下，材料變得更加剛性，整個超聲馬達(dá)的振動變得更加困難，因此發(fā)聲功率會相應(yīng)下降。

七、應(yīng)用前景

在目前工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域中，超聲波技術(shù)已經(jīng)具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，在特殊環(huán)境中，特別是真空低溫環(huán)境中，超聲波技術(shù)的應(yīng)用還面臨著許多局限性。本研究通過對超聲馬達(dá)在真空低溫環(huán)境下的空載特性進(jìn)行研究，為進(jìn)一步推廣超聲波技術(shù)在特殊環(huán)境中的應(yīng)用提供了有益的參考信息。

未來，可以進(jìn)一步研究超聲波技術(shù)在特殊環(huán)境下的應(yīng)用，探索新的超聲波技術(shù)，如超聲波成像、超聲波加工等方面的研究。同時，可以著重研究新型超聲馬達(dá)的設(shè)計、制造和應(yīng)用，以更好地適應(yīng)各種特殊環(huán)境的需求。

八、總結(jié)

本文對超聲馬達(dá)在真空低溫環(huán)境下的空載特性進(jìn)行了研究，實驗結(jié)果表明，隨