超聲換能器的案例
案例39-引線鍵合超聲換能器
該示例問題模擬用于引線鍵合應用的超聲換能器的電激勵。該模型包括壓電材料定義、預應力模態和諧波響應分析。
介紹
引線鍵合是使用精細金屬（如金或鋁）線在集成電路（IC）及其封裝之間創建互連的最常用的工藝。在楔形鍵合中，施加超聲波能量、壓力和熱量以形成鍵合；該方法避免了雜質的引入，并提供了材料選擇的靈活性。對于較大直徑的電線，頻率通常在50-60kHz左右，而對于較小直徑的電線來說，頻率更高，高達200kHz。
換能器的設計包括檢查與其縱向運動相關的固有頻率。例如，幾何形狀的變化會影響設備的振動和電氣特性。
在壓電陶瓷中，施加的電壓在材料中引起應變（位移），反之亦然，證明電場和結構場的耦合。壓電陶瓷在拉伸時非常脆，因此需要預加載以使陶瓷在操作中保持壓縮應力狀態。
問題描述
下圖顯示了本例中使用的超聲波換能器：
粘合工具由氧化鋁制成，顯示在最左側。它通過小螺釘（未建模）連接到鈦喇叭。喇叭連接到壓電驅動器組件。驅動器組件由夾在鋁前板和背板之間的壓電環組成，通過提供預應力的鋼螺栓連接在一起。傳感器通過鋼支架安裝在機器上。
支架應放置在傳感器的節點處，以獲得最佳性能。在沒有支架的情況下進行模態分析，并確定第一縱向模態。
如下圖所示，輪廓范圍為-1至1的z位移圖提供了定位支架的適當位置：
建模
傳感器的三維模型在ANSYS DesignModeler中創建，并在ANSYS Mechanical中進行網格化，如下圖所示：
壓電單元用SOLID226劃分網格，其他部分用SOLID186和SOLID187單元劃分網格。單元總數為67756，節點總數為115414。
耦合場單元SOLID226支持許多物理類型。在這種情況下，KEYOPT（1）＝1001指定壓電行為。
展開 華中科大牛廣達教授Nature子刊：鈣鈦礦在光聲換能器成功應用！
鈣鈦礦導熱系數小，比熱容低(2962 J kg?1 K?1)，吸收系數高(104 — 105 cm?1)，是應用于光聲轉換器的關鍵特征，然而目前尚無報道。
光聲換能器可以提供超聲脈沖，具有廣泛的應用，從生物醫學成像、治療性消融、大腦調制到無損檢測。與傳統壓電超聲換能器（大量布線和電磁干擾）相比，光聲換能器利用激光代替電力作為驅動源，避免了電子元件組裝的復雜性，光纖發射器甚至允許介入心臟病學應用。光聲換能器依賴于復合材料，一個負責光吸收，另一個負責熱膨脹，其中聚二甲基硅氧烷（PDMS）因其高熱膨脹（β = 0.92 × 10?3 K?1）和光學透明度而專門用作熱膨脹層，這使得可以使用可見激光進行激發，并使用類似于水的聲阻抗來減少界面上的超聲損耗。在光吸收方面，碳材料，包括蠟燭煙塵顆粒、碳納米管（CNTs）和碳納米纖維，由于吸收系數大和熱容量低而被廣泛使用。最先進的光聲換能器利用碳納米管和PDMS的復合材料，實現了?6 dB帶寬為39.8 MHz，峰值頻率為28.5 MHz，超聲峰峰值幅度為~2.72 MPa。上述聲壓和帶寬仍落后于傳統壓電轉換器。因此，光聲換能器的主要挑戰是同時實現寬帶寬和高聲壓，這是高分辨率超聲成像的兩個決定性標準。
圖 1. 基于鈣鈦礦的光聲換能器。a 光聲換能器和表征系統的示意圖。b 聲場的模擬分布。c 實驗測量的光聲換能器的聲波（黑色曲線）和頻譜（紅色曲線）。
圖 2. MAPbI3的熱性能分析。a 光聲換能器的機制。b 測量的鈣鈦礦和其他代表性吸收劑的比熱容。c 測量的不同光吸收材料的熱擴散系數。d MAPbI3內發熱過程的示意圖。e MAPbI3的計算聲子譜。f 聲子譜的態密度。
圖3. PDMS層厚度對波傳播的影響。
展開 超聲聚焦的仿真研究
超聲聚焦廣泛應用于各類工業設備與技術中，例如我們熟悉的無損檢測（NDT）和醫學成像。高強度聚焦超聲（HIFU）是此技術的一項臨床應用，它利用探頭將大部分能量集中到目標組織區域，使組織發生凝固性壞死。本文將重點對超聲聚焦的仿真過程進行探討。
設計無創超聲設備的換能器
超聲波擁有一大優勢：無需貫穿發射信號與目標之間的傳播路徑，就能夠到達金屬、人體器官或生物組織內部。與外科醫生使用的醫療手術刀不同，超聲波不會在患者皮膚上留下任何疤痕，它能精準地對目標組織進行治療，周圍的健康組織受損傷的風險也很低。聚焦超聲波已用于或可用于治療前列腺癌和乳腺癌、高血壓，甚至是青光眼等疾病。
根據不同的換能器設計，超聲波有幾種聚焦方式。COMSOL Multiphysics? 軟件是模擬和優化換能器的有力工具。設計一款能夠有效制造出可到達靶區的超聲場的換能器可能是一項棘手的任務。它依賴于發射信號的頻率和功率；超聲波傳播介質的衰減和吸收；當然還有換能器本身的位置和尺寸。
圖 1：超聲換能器產生的聲場示意圖。
展開 內旋轉超聲技術在換熱器管束檢測中的應用
隨著國民經濟的快速發展，換熱器是生產過程中重要的特種設備，起著能量轉換和傳遞的作用，被廣泛應用在煉油、煉化、石油、石化等化工領域，特別是在煉油、煉化的成套生產裝置中。據統計成套生產裝置日常的大量故障及事故搶修，主要原因是換熱器管束腐蝕泄漏導致的，約占成套裝置中故障及事故搶修的60%左右。因此，為了保障成套生產裝置的安全、平穩運行，最主要的手段是加強換熱器管束腐蝕的監測和檢測。據了解在換熱器管束腐蝕檢測應用中常用的檢測技術有渦流檢測、磁致伸縮低頻導波檢測和內旋轉超聲檢測等技術。
渦流檢測技術是換熱器管束腐蝕檢測最常用的檢測技術。渦流檢測技術一般采用內穿過式差分探頭或/和絕對式探頭進行檢測，渦流檢測是利用比較法，需要制作一根與被檢管子相同(同規格、同材料、同批號等)的樣管，將檢測信號與樣管的人工缺陷進行比較才能得出實際缺陷的大致情況，而且很難判斷缺陷的種類和形狀。該技術由于受管子的電導率、磁導率及管子狀況等因素的影響，很難準確的獲得整個管束腐蝕缺陷的信號，故渦流檢測技術在指導換熱器管束是否應當堵管上并不理想。
磁致伸縮低頻導波技術應用在換熱器管束腐蝕檢測中是最近幾年發展起來的，主要用于檢測管束金屬腐蝕損失的一種無損檢測方法。其原理是以鐵磁性材料的磁致伸縮效應及其逆效應為基礎的檢測技術，利用低頻超聲導波沿著換熱器管束的截面內進行傳播遇到的結構特征信號或腐蝕信號反射回探頭進行經過處理后顯示出來，簡單分析后即可快速地評估管束的腐蝕情況。與內旋轉超聲檢測技術相比，雖然具有檢測過程簡單，方便快捷，不需要耦合劑等優點；但是其只能檢測鐵磁性材料，只能給出金屬腐蝕損失占管束截面的損失率，不能準確地判斷腐蝕的形狀和大小，因而在換熱器管束腐蝕檢測應用上受到限制。
內旋轉超聲檢測技術是目前換熱器管束腐蝕檢測中應用最廣、最為有效的一種檢測技術。
展開 
ANSYS APDL中的壓電分析
壓電陶瓷簡介
壓電陶瓷是一種能夠將機械能和電能互相轉換的陶瓷材料。壓電陶瓷除具有壓電性外，還具有介電性、彈性等，已被廣泛應用于醫學成像、聲傳感器、聲換能器、超聲馬達等。壓電陶瓷利用其材料在機械應力的作用下，引起內部正負電荷中心相對位移而發生極化，導致材料兩端出現符號相反的束縛電荷即壓電效應。壓電陶瓷主要用于制造超聲換能器、水聲換能器、電聲換能器、陶瓷濾波器、陶瓷變壓器、陶瓷鑒頻器、高壓發生器、紅外探測器、聲表面波器件、電光器件、引燃、引 爆和壓電陀螺等。
壓電效應分析是一種結構－電場耦合分析。當給石英和陶瓷等壓電材料加電壓時，它們會產生位移，反之若使之振動，則會產生電壓。壓力傳感器就是壓電效應的一種典型的應用。
一、單元選擇
ANSYS中的壓電分析只能用下列單元類型之一：
1.PLANE13，KEYOPT（1）= 7，耦合場4節點四邊形實體單元；
2.SOLID5，KEYOPT（1）= 0或3，耦合場6節點六面體單元；
3.SOLID98，KEYOPT（1）=
0或3，耦合場10節點四面體單元；
4.SOLID226，KEYOPT（1）=
1001，耦合場20節點六面體單元；
5.SOLID227，KEYOPT（1）=
1001，耦合場10節點四面體單元；
KEYOPT選項激活壓電自由度：位移和電壓。對于SOLID5和SOLID98，KEYOPT(1)=3僅激活壓電選項。
二、材料屬性
在ANSYS中，壓電模型需要的材料特性有介電常數（或叫電容率）、壓電矩陣和彈性系數矩陣，一共三項。
1.介電常數（Relative Permittivity）
介電常數是反映材料的介電性質，或極化性質的，通常用ε來表示。不同用途的壓電陶瓷元器件對壓電陶瓷的介電常數要求不同。
展開 仿真助力超聲聚焦的臨床應用研究
超聲聚焦廣泛應用于各類工業設備與技術中，例如我們熟悉的無損檢測（NDT）和醫學成像。高強度聚焦超聲（HIFU）是此技術的一項臨床應用，它利用探頭將大部分能量集中到目標組織區域，使組織發生凝固性壞死。本篇文章將重點對超聲聚焦的仿真過程進行探討。
設計無創超聲設備的換能器
超聲波擁有一大優勢：無需貫穿發射信號與目標之間的傳播路徑，就能夠到達金屬、人體器官或生物組織內部。與外科醫生使用的醫療手術刀不同，超聲波不會在患者皮膚上留下任何疤痕，它能精準地對目標組織進行治療，周圍的健康組織受損傷的風險也很低。聚焦超聲波已用于或可用于治療前列腺癌和乳腺癌、高血壓，甚至是青光眼等疾病。
根據不同的換能器設計，超聲波有幾種聚焦方式。COMSOL Multiphysics? 軟件是模擬和優化換能器的有力工具。設計一款能夠有效制造出可到達靶區的超聲場的換能器可能是一項棘手的任務。它依賴于發射信號的頻率和功率；超聲波傳播介質的衰減和吸收；當然還有換能器本身的位置和尺寸。
圖 1：超聲換能器產生的聲場示意圖。
換能器發射的信號有兩種聚焦方式：
修改換能器元件的曲率半徑，使其等于焦距（參考上方示意圖）
對平面陣列換能器施加電壓時引入相位延遲（參考下方示意圖）
圖 2：用于集中聲信號的超聲探頭示意圖，它帶有壓電換能器陣列（相控陣）。換能器由背襯材料、壓電元件以及測試樣品（此圖中為生物組織）的匹配層組成。
很多人選擇使用 COMSOL Multiphysics 對上述兩種方法進行研究。它不僅能模擬超聲傳播，還可以將超聲聚焦仿真與傳熱仿真，甚至是生物組織的損傷規律耦合在一起。利用這種方式，我們可以快速直觀地觀察聚焦效應是否能夠治愈適量的組織，并檢查凝固性壞死的位置和體積，且所有操作只在一個建模界面內完成。
展開 壓電換能器數值仿真 ￥1500
<p> 壓電式換能器是利用某些<a href="https://baike.baidu.com/item/%E5%8D%95%E6%99%B6%E6%9D%90%E6%96%99/2436698?fromModule=lemma_inlink" rel="noopener noreferrer" target="_blank">單晶材料</a>的壓電效應和某些<a href="https://baike.baidu.com/item/%E5%A4%9A%E6%99%B6%E6%9D%90%E6%96%99/9051887?fromModule=lemma_inlink" rel="noopener noreferrer" target="_blank">多晶材料</a>的電致伸縮效應來將電能與聲能進行相互轉換的器件。因其電聲效率高、<a href="https://baike.baidu.com/item/%E5%8A%9F%E7%8E%87/808705?fromModule=lemma_inlink" rel="noopener noreferrer" target="_blank">功率</a>容量大以及結構和形狀可以根據不同的應用分別進行設計，在功率超聲領域應用廣泛。</p><p> 本案例建立了一簡化的三層壓電能換能器結構模型，模型由上至下分別為鈷酸鋰、銅箔、鈷酸鋰，此外，考慮了完美匹配層或虛構域等減少聲波反彈，基于COMSOL軟件建立了二維模型，采用彈性波和壓力聲學物理場模塊，計算了多層介質下的聲壓分布圖，如圖1所示，底部設置接收裝置，接收完整的波形信號，如圖2所示。
展開 濾筒除塵器能自己換嗎？
3、這樣就能看見里面有個長方形的小蓋板，打開兩側的鎖扣打開小蓋板就能看見濾芯了，進行更換就可以了。
清洗方法，避免了除塵過程中的“再吸附”現象，這樣將二次除塵。作為除塵器的關鍵部件，除塵濾筒的質量直接影響著除塵器的除塵效率。
不過伴隨著濾筒的長時間過濾，附著在其表面的灰塵愈來愈多，這些沉積的灰塵會將過濾孔徑堵死，除塵器的清灰系統也無法將這些灰塵清理干凈，這樣除塵器的除塵效果會明顯下降。因此，除塵器的使用者需要對除塵濾芯濾筒進行更換，不過更換時要注意以下事項：
1除塵濾筒是以硬質濾料折疊而成，表面有一層覆膜，易受外部壓力的擠壓產生損壞；更換濾筒時請輕拿輕放，不要敲擊濾筒也要防止其跌落地面，產生損傷，發生漏氣現象。
2濾筒更換無需輔助工具，先打開除塵器檢修門的卡緊裝置，待除塵濾芯濾筒更換完畢后，重新卡緊即可。
3更換臟濾筒時，動作幅度要輕，以防止產生灰塵四散的情況；新濾筒放入之前，先把過濾室散落的灰塵清理干凈。
4更換下來的臟濾筒不要隨意拆卸和丟棄，可提前準備好垃圾袋，把替換下來的臟濾筒放入垃圾袋中運走處理，以減少對周邊環境的污染
除塵器是一種構造較為簡單的工業設備，但是，除塵濾芯濾筒的更換也無需技術人員操作，只要遵守以上幾點，新手小白也可以進行更換，還不耽誤生產時間，方便又便捷。
展開 濾筒除塵器能自己換嗎？
3、這樣就能看見里面有個長方形的小蓋板，打開兩側的鎖扣打開小蓋板就能看見濾芯了，進行更換就可以了。
除塵濾芯濾筒是一種用來進行過濾的筒狀元件，一般分為過濾氣體介質的濾筒和過濾液體介質的濾筒，通常我們所指的濾筒大多是用來過濾氣體的，稱之為空氣濾筒（以下簡稱濾筒）。濾筒屬于表面過濾元件，它是利用濾材表面形成的微小透氣組織阻擋掉氣體中的粒狀物質。
濾芯濾筒采用的是離線三態過程，分別是：過濾、清洗、靜態清洗方法，避免了除塵過程中的“再吸附”現象，這樣將二次除塵。作為除塵器的關鍵部件，除塵濾筒的質量直接影響著除塵器的除塵效率。
不過伴隨著濾筒的長時間過濾，附著在其表面的灰塵愈來愈多，這些沉積的灰塵會將過濾孔徑堵死，除塵器的清灰系統也無法將這些灰塵清理干凈，這樣除塵器的除塵效果會明顯下降。因此，除塵器的使用者需要對除塵濾芯濾筒進行更換，不過更換時要注意以下事項：
1、除塵濾筒是以硬質濾料折疊而成，表面有一層覆膜，易受外部壓力的擠壓產生損壞；更換濾筒時請輕拿輕放，不要敲擊濾筒也要防止其跌落地面，產生損傷，發生漏氣現象。
2、濾筒更換無需輔助工具，先打開除塵器檢修門的卡緊裝置，待除塵濾芯濾筒更換完畢后，重新卡緊即可。
3、更換臟濾筒時，動作幅度要輕，以防止產生灰塵四散的情況；新濾筒放入之前，先把過濾室散落的灰塵清理干凈。
4、更換下來的臟濾筒不要隨意拆卸和丟棄，可提前準備好垃圾袋，把替換下來的臟濾筒放入垃圾袋中運走處理，以減少對周邊環境的污染
雖然除塵器是一種構造較為簡單的工業設備，但是，除塵濾芯濾筒的更換也無需技術人員操作，只要遵守以上幾點，新手小白也可以進行更換，還不耽誤生產時間，方便又便捷。
展開 除塵器濾筒能自己換嗎？
作為除塵器的關鍵部件，除塵濾筒的質量直接影響著除塵器的除塵效率。
不過伴隨著濾筒的長時間過濾，附著在其表面的灰塵愈來愈多，這些沉積的灰塵會將過濾孔徑堵死，除塵器的清灰系統也無法將這些灰塵清理干凈，這樣除塵器的除塵效果會明顯下降。因此，除塵器的使用者需要對除塵濾芯濾筒進行更換，不過更換時要注意以下事項：
1、除塵濾筒是以硬質濾料折疊而成，表面有一層覆膜，易受外部壓力的擠壓產生損壞；更換濾筒時請輕拿輕放，不要敲擊濾筒也要防止其跌落地面，產生損傷，發生漏氣現象。
2、濾筒更換無需輔助工具，先打開除塵器檢修門的卡緊裝置，待除塵濾芯濾筒更換完畢后，重新卡緊即可。
3、更換臟濾筒時，動作幅度要輕，以防止產生灰塵四散的情況；新濾筒放入之前，先把過濾室散落的灰塵清理干凈。
4、更換下來的臟濾筒不要隨意拆卸和丟棄，可提前準備好垃圾袋，把替換下來的臟濾筒放入垃圾袋中運走處理，以減少對周邊環境的污染
雖然除塵器是一種構造較為簡單的工業設備，但是，除塵濾芯濾筒的更換也無需技術人員操作，只要遵守以上幾點，新手小白也可以進行更換，還不耽誤生產時間，方便又便捷。
展開 基于comsol的曲面換能器激發表面波仿真 ￥1870
</p><p><br></p><p> 我們采用一個曲面換能器對金屬表面聚焦，激發向前傳播的表面波，并完成對裂紋的反射和散射。</p><p><br></p><p> 在裂紋附近設置一個探針，探測的波形如下 。<br></p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202009/2ea0381f0aa84397a85d4200b2a7130b.png" style="width: 340px; height: 193px;" width="340" height="193" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202009/2ea0381f0aa84397a85d4200b2a7130b.png?image_process=/format,webp" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/202009/2ea0381f0aa84397a85d4200b2a7130b.png?
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ANSYS軟件在模擬分析聲學換能器中的應用
aANSYS是通常用于分析和設計聲學換能器的有限元軟件之一,通過實例給出分析聲學換能器的處理過程,包括建模、施加載荷、設置求解選項、使用后處理器、以及獲得換能器振動輻射參數的一般過程,并涉及寬帶換能器、矢量換能器的發射與接收問題,對ANSYS有限元軟件模擬換能器的一些經常遇到的問題細節的處理方法做了較全面的概括。還簡要討論了流體中結構模態分析的一般處理方法,對結果數據進行數學運算操作并獲得換能器的特性參數等等。
ANSYS軟件在模擬分析聲學換能器中的應用.pdf
展開 Comsol多場耦合應用-超聲波換能器
1、模型簡介：本模型為超聲波換能器，重點講解了模型物理場的設置和邊界的加載以及對結果后處理的一些技巧。
視頻鏈接：http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c10148
2、聲壓級隨著號筒口寬度變化如下圖所示：
3、本模型主要用到了壓力聲學、固體力學和靜電三個物理場，操作界面如下：
多物理場仿真助力精確評估并優化麥克風與換能器設計
優化振動換能器的設計
除了改良麥克風設計之外，Brüel & Kj?r 的工程師還使用多物理場仿真對振動換能器設計進行優化與測試。他們的目標是創造一款擁有高內置電阻的設備，以適應惡劣的環境。為了實現這一目標，工程師必須設計出在所測振動范圍內沒有共振頻率的設備。所需振動范圍內的共振會破壞測量的準確性。
懸掛式壓電振動換能器的仿真結果。
為了保證裝置設計產生平滑的響應，研究人員嘗試了不同的材料和幾何組合。最終，通過增加一個機械濾波器，他們成功地設計了一款誤差范圍不超過 10％~12％ 的振動換能器，此數值完全在可接受的范圍內。
縮小誤差，完善測量
任何設備都不是完美的，但仿真打開了一條通向盡可能接近完美的通道。Brüel & Kj?r 的工程師可以在不同情況下迅速對新設計進行有效測試，獲得無法通過實驗確定的結果。仿真為企業提供了特別的信息優勢，不斷推出創新設計，從而在競爭中保持領先地位。
來源：COMSOL
展開 COMSOL Multiphysics電磁場與多物理場耦合仿真
案例二、電磁線圈優化（1）如何對特定的物理場進行優化（2）全局控制變量設定并啟動優化（3）snopt優化求解器使用方法
案例三、磁致伸縮原理的電磁超聲換能器優化（1）磁致伸縮材料線性和非線性介紹（2）電磁超聲換能控制方程講解，邊界條件設定（3）電容式麥克風中膜位移轉換電信號（4）后處理和圖形化顯示幫助
案例四、電磁致液體形變和破碎（1）磁流體洛倫茲力設置，流體兩相流水平集定義（2）靜電射流問題分析（3）靜電-層流水平集-稀物值傳遞多物理場耦合分析（4）相初始化-瞬態分析及求解器設置（5）噴霧模擬，泰勒錐
案例五、電磁閥（1）多匝線圈、磁芯、非磁導向機構及磁性柱塞構成的電磁柱塞建模（2）聯合磁場、移動網格接口全局常微分和微分代數方程構建模型（3）計算電磁力及柱塞位移
案例六、電纜電磁熱分析（1）三維電纜建模及模型網格剖分（2）電纜的感應效應分析（3）電纜的熱效應分析
案例七、超導（1）超導線分析（2）本構關系E-J傳導特性
案例八、同軸電纜瞬態分析（1）麥克斯韋方程組在時域仿真(2）觀察瞬態現象（3）模擬相對于電場或磁場的非線性材料（4）分析不同終端情況下的脈沖傳播（5）理想電導體和磁導體設置
案例九、靜電除塵（1）電暈模型簡化（2）電荷守恒方程和泊松方程求解電荷載流子的傳輸問題(3)流體流動顆粒跟蹤接口求解顆粒軌跡（4）計算顆粒收集效率隨顆粒半徑的變化情況（5）絕緣子靜電場模擬計算
案例十 課程拓展（1）課堂協助學員解決建模問題（2）創立微信解疑群，發送案例模型ppt（3）根據學員要求拓展講解光學、等離子體、激光、流體，等其他案例
聯系人：武老師|電話（VX）：18538137613|郵箱：wutl03@111.com|qq: 1160570044
每人￥3680元 （含報名費，培訓費、資料費)
優惠一：前十五名報名繳費學員可享受每人
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