第35卷第4期2009年7月中国测试
CHINA MEASUREMENT &TEST Vol.35No.4July ，2009
压电换能器的热仿真分析
陈
摘
飞，傅波
（四川大学制造科学与工程学院，四川成都610065）
要：压电换能器在工作过程中的发热，不仅会引起换能器的性能下降，而且还可能导致换能器失效。基于传热学
建立了压电换能器的热分析模型。采用有限差分的数值求解方法，对换的基本理论，应用ANSYS 有限元分析软件，能器的整体温度场进行了求解，分析了前后质量块采用不同材料的Langevin 换能器的温度场分布规律，为大功率压电换能器的散热和性能优化方法的研究提供了基础。
关键词：压电换能器；发热；热仿真；有限元；温度场中图分类号：TP391.9；TP212
文献标识码：A
文章编号：1674-5124（2009）04-0104-03
Thermal simulation analysis of piezoelectric transducer
CHEN Fei ，FU Bo
（College of Manufacturing Science and Engineering ，Sichuan University ，Chengdu ，610065，China ）
Abstract:The heating of piezoelectric transducer not only lowers the efficiency of these devices ，but may also
lead to their failure. Based on the heat transfer equation ，the FEM thermal analysis model of piezoelectric transducer was established by means of ANSYS. The temperature field distribution of Langevin transducers with various material types was analyzed. The work provides a foundation for the thermal analysis and optimization of large power piezoelectric transducers.
Key words:Piezoelectric transducer ；Heat ；Thermal simulation ；Finite element ；Temperature field
1引言
目前，在功率超声领域，例如超声清洗和超声焊接中，对大功率压电换能器的需求不断增加。但是，随着功率的提高，压电片的发热量也会相应地增加，如果换能器结构设计不合理，热量得不到有效地散发，压电片的温度就会不断上升，从而造成换能器性能的下降，严重的情况下（例如接近居里温度）换能器会失效，从而影响整机工作的可靠性，甚至造成设备故障，引起灾难性的后果。统计资料表明，在正常温度范围内，电子元器件的失效率随元器件温度的升高呈指数增加，大致来说，元器件的温度每升高10°C ，其可靠性减半。因此，对压电换能器进行可靠的热分析，实施有效的热控制措施，是提高换能器工作可靠性的关键措施之一。通过实验的方法来研究换能器的发热问题，耗时长成
如果采用数值模拟方法来对换能器进行热分本高。
收稿日期：2008-12-26；收到修改稿日期：2009-03-11作者简介：陈
析，就可以在产品开始生产之前确定和消除热问
题，降低设计成本，提高设计、生产、再设计和再生产的效能，缩短高性能压电换能器的研制周期，并有助于进行故障分析。
2压电换能器热仿真分析基本理论
飞（1983-），男，四川成都市人，硕士研究生，
专业方向为超声振动技术及应用。
压电换能器热分析，又称为热模拟，是利用
数学的手段在压电换能器的概念设计阶段获得温度分布的方法，它可以使压电换能器设计人员在设计阶段就能发现产品的热缺陷，从而改变其设计。
随着现代计算机技术的飞速发展，用数值方法求解传热学问题所占的比重越来越大。数值方法主要有有限差分法、有限容积法、有限元素法及有限
整个传热过程可以简分析法等。在计算温度场时，
化为一个线性稳态传热过程，其温度分布可以根据能量守恒方程求解：
k x 鄣T +k y 鄣T +k z 鄣T +q =C m
鄣x 鄣y 鄣z 鄣t
（1）
鄣鄣鄣鄣鄣鄣
第35卷第4期陈飞等：压电换能器的热仿真分析
105
式中：C ———材料的比热容，单位为J/（K ·m 3）；
鄣T ———温度随时间的变化率，即单位时间的温升；k x ，k y ，k z ———x ，y ，z 方向上的热导率，单位为（W ·m -1·K -1）。
对于各向同性导热材料，k x =k y =k z =k ，上式变为：
2+2+2k +q m =C 鄣T （2）222
鄣x 鄣y 鄣z 鄣T =0，上面两个方程变为：鄣k x +鄣k y +鄣k z +q =0
m
鄣x 鄣y 鄣z 3.2压电换能器热分析模型
在进行热分析前，首先要根据实体结构建立如图2所示的热分析模型。模型的建立必须与实体模型相一致，考虑到计算量和易于网格剖分等因素，在ANSYS 里建立的1/4分析模型如图3所示。该图是进行了网格剖分后的实体简化模型，此热分析模型中忽略了电极片，将压电环简化为压电片，忽略了螺栓和预应力螺栓绝缘套筒。
2
2
2
22
2
2
22
m
2
（3）
k
鄣T +鄣T +鄣T
+q =02
（4）
根据上述控制方程、边界条件和初始条件创建
一个温度场泛函表达式，利用变分法推导有限元公式，然后利用迭代法或消去法进行求解，即可得到相应的计算结果。
3.3施加热载荷并求解
分析时作如下假设：①压电片是平面均匀热源；②环境温度和换能器的初始温度为25℃；③忽略热幅射效应；④压电片产生的热功率为100W ，与外界的热对流系数为20W/（m 2·K ）；⑤器件的外表面与周围空气进行对流换热，其对流换热系数h 为常数，周围空气的温度t f 为常数，该边界满足的条件为：
鄣T -λ=h（t W -t f ）（5）
W 鄣T
式中：-λ———为边界处的温度梯度，λ为导
W
热系数；
3压电换能器的热仿真分析
有限元分析的方法是目前在工程领域中常用的数值模拟方法，ANSYS 作为有限元分析软件在热分析方面具有强大的功能，可以分析工程中普遍存在的热问题，其热分析的基本原理是将所处理的对象划分成有限个单元（包含节点），然后根据能量守恒的原理求解一定边界条件和初始条件下的每个节点处的平衡方程，由此计算出各节点的温度值，进而进一步求解出其他相关量。本文主要通过稳态热分析对压电换能器进行传热分析。3.1压电换能器的结构与原理
Langevin 换能器，在原理上可以被简化为“三明治”结构，压电环被夹在两金属端块之间。图1显示了Langevin 换能器的典型构造，压电堆包括六片压电环片和铜电极，它们通过螺栓预紧夹在前后质量块之间。
22
h ———压电片与空气间的对流换热系数；t W ———表示边界处温度；t f ———空气的温度。
当系统的温度场不随时间变化，即流入系统的热量加上系统自身产生的热量等于流出系统的热量，系统处于热稳态。在热稳态分析中任一节点的温度不随时间变化。稳态热分析的能量平衡方程为（以矩阵形式表示）：
[K ]{T }={Q }
（6）
式中：[K ]———传导矩阵，包含热导率、对流系数、辐
图1Langevin 换能器
射率和形状系数；
{T }———节点温度向量；{Q }———节点热流率向量，包含热生成。软件利用模型几何参数、材料热性能参数以及所施加的边界条件，生成{K }、{T }、{Q }。
基于能量守
恒原理的热平衡方程，用有限元法计算各节点的温度，并导出其他热物理参数。模型中各材料的属性见表1。
表1材料钢铝铜铝镁合金钛合金压电片PZT-8
换能器模型中材料的参数
热传导率/（W ··m -1K -1）
靠性的关键。
4模拟结果及分析
[1**********]205
压电换能器热分析中的热传递主要包括两个
方面，压电片产生的热量传导到前后金属块的外表面，再通过各种热对流的方式将热量散失。热阻是衡量器件散热性能的重要指标，它由温差与耗散功率的比率决定，即R =ΔT/P，要想得到热阻，首先必须知道温度分布，低热阻的结构设计是提高器件可
换能器的共振频率为20kHz ，前后质量块分别
铝、铜、铝镁合金、钛合金五种材料，后质量采用钢、
块的直径为50mm ，前质量块大端直径为50mm ，
小端直径为39mm 。压电片直径为50mm ，厚度为5.2mm ，假设换能器的功率为100W ，可算出施加在压电片上的热载荷为1.5×108W/m2，通过数值有
模型稳态温度场分限元计算可以得到温度场分布。
可以看出，压电片产生的热量通过布如图4所示，
前后质量块将热量传递到外面，由于压电片在工作中产生的热量主要集中在中心部分，最高温度可以达到83.931°C ，最低温度出现在压电片与金属块的联接处，大部分热量要靠两端的金属块传递出去。因此两端金属材料对热量的传递起着决定性作用。
采用铜作为压电换能器的前后质量块，导热性能固然优良，但是强度不够，不适合作为换能器的前后金属块块材料，铝和钢材料强度较高，但传递热量的能力不强，通过对比可以发现，压电片的中心温度很高，铝镁合金不仅强度高，而且导热性能和铜接近，传递热量的能力强，还可以避免热应力
所以在选用金属块材料的时候应综合问题的产生。
考虑各方面的因素。
表2
前后质量块材料对模型分布的影响
不变的情况下，功耗与压电片的温度成近似正比关系，随着功耗的增大，压电片温度逐步升高，当输入功率达到上千瓦时，压电片温度超过390℃，这已经超出了本压电片的居里温度310℃，将导致压电片的失效，因此不能只追求功率的增大，应该进一步优化结构，提高散热效率，或者采用小功率换能器阵列来获得更高的工作功率。
600500400P /W 300200100
67.844
110.689153.533196.378239.222
t /℃
材料名称45钢钛合金铝镁合金
铜铝
密度
）（/g ·m -[***********]700
弹性模量热传导率压电片中心
（/kg ·mm -2）（/W ·m -1·K -1）温度/°C [***********]0860
[1**********]37
72.70683.93167.80467.21967.726
随着压电材料技术的不断进步，功率型压电换
本文模拟了输入功率对能器朝着大功率方向发展。
压电片温度的影响，结果如图5所示。在其他条件
图5输入功率对压电片温度的影响
（下转第110页）
货车经过时的应变是判断桥梁强度的简单有效的方法之一，本试验共选取了4个关键点进行应变的测量。由于系统采用无线和电池供电，所以安装非常方便，省去了信号线和电源线。试验测的结果如图9所示。
6结束语
采用基于ZigBee 技术的无线传感器网络实现
应变测量系统，是充分考虑系统的需要和ZigBee 网
易实现、可靠的数据传输、低功耗以络具有低成本、
及各层次的安全性等特点。通过对传统应变测量系统的改进，不仅提高了应变测量的方便性，而且扩大了应变测量的应用范围。随着传感器网络在日常生活中和工业生产等方面的广泛应用，ZigBee 作为一种新的技术必将得到更大的发展空间。
参考文献
[1][2][3][4]
张宏锋，李文锋. 基于ZigBee 技术的无线传感器网络的2006，28（8）：12-15. 研究[J].武汉理工大学学报，赵
妍，岳炳良，高大伟.ZigBee 无线解决方案网络层研究[J].计算机测量与控制，2007，15（5）：689-691. 吕治安.ZigBee 网络原理与应用开发[M].北京：北京航空2008. 航天大学出版社，
郑丽国，周怡颋，凌志浩. 基于ZigBee 技术的产品开发流程及其实现方法[J].自动化仪表，2006（27）：162-165. [5][6][7]
郑新春. 嵌入式程控应变仪的研制[J].南京理工大学学报，2002（3）：166-168.
沈观林，马良垠. 电阻应变仪及其应用[M].北京：清华大学出版社，1983.
昂志敏，金海红，范之国，等. 基于无线传感器网络节点的设计与通信实现[J].现代电子技术，2007（10）：47-49.
由于现场环境一般都十分恶劣，所以对设备要进行必要的抗干扰措施。设计系统时必须考虑电磁滤兼容性的设计，对于防电磁干扰主要采用屏蔽、波和接地3项措施。现场试验时主要采取的措施是寻找合适的接地点，理想的接地点是接地阻抗非常低的点，如果现场没有接地点，可以通过埋入地下
铁栓等物体完成接地。
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
（上接第106页）
参考文献
[1]
Fu B ，Hemsel T ，Wallaschek J. Piezoelectric transducer design via multiobjective optimization [J].Ultrasonics ，2006，44（1）：747-752. [2][3][4][5][6][7][8]
黄振伟，傅
波，穆
飞. 夹心式压电超声换能器串并联
传输矩阵设计法[J].应用声学，2008，27（5）：395-400. 林书玉. 夹心式功率超声压电陶瓷换能器的工程设计[J].声学技术，2006，25（2）：160-164.
原丰霞，张慧君，朱国良. 基于ANSYS 的超声变幅杆的优化设计[J].机械工程师，2004，30（11）：90-94.
林书玉. 夹心式压电陶瓷功率超声换能器的优化设计[J].压电与声光，2003，25（3）：112-116.
张国智，胡仁喜，陈继刚.ANSYS10.0热力学有限元分析[M].北京：机械工业出版社，2007：199-202.
刘国庆. 传热学[M].哈尔滨：东北林业大学出版社，1997（2）：95-156.
张云电. 夹心式压电换能器及其应用[M].北京：科学出版社，2006：155-225.
对于实际应用，可以采用散热片来改进压电片的散热性能，在不影响压电换能器的工作频率的情况下，可以在压电片中心添加圆形铜质散热片，其直径可以大于压电片，厚度方向也可以做适当调整。其次可以通过强制冷却的方法来改善换能器的散热性能，也可以采用液冷进一步改善散热性能。
5结束语
利用有限元分析软件对压电换能器进行了热仿真分析，结果表明，采用铜作为前后质量块的材料，散热性能最好，但从结构的强度考虑，采用铝镁合金能满足换能器对散热的要求，使压电片中心温度比别的材料低16°C 左右，并且不容易产生热应力问题。
为了分析过程的简便，仅对Langevin 换能器进行了热分析，但其基本方法可推广用于其他类型换能器的热分析和性能优化。
第35卷第4期2009年7月中国测试
CHINA MEASUREMENT &TEST Vol.35No.4July ，2009
压电换能器的热仿真分析
陈
摘
飞，傅波
（四川大学制造科学与工程学院，四川成都610065）
要：压电换能器在工作过程中的发热，不仅会引起换能器的性能下降，而且还可能导致换能器失效。基于传热学
建立了压电换能器的热分析模型。采用有限差分的数值求解方法，对换的基本理论，应用ANSYS 有限元分析软件，能器的整体温度场进行了求解，分析了前后质量块采用不同材料的Langevin 换能器的温度场分布规律，为大功率压电换能器的散热和性能优化方法的研究提供了基础。
关键词：压电换能器；发热；热仿真；有限元；温度场中图分类号：TP391.9；TP212
文献标识码：A
文章编号：1674-5124（2009）04-0104-03
Thermal simulation analysis of piezoelectric transducer
CHEN Fei ，FU Bo
（College of Manufacturing Science and Engineering ，Sichuan University ，Chengdu ，610065，China ）
Abstract:The heating of piezoelectric transducer not only lowers the efficiency of these devices ，but may also
lead to their failure. Based on the heat transfer equation ，the FEM thermal analysis model of piezoelectric transducer was established by means of ANSYS. The temperature field distribution of Langevin transducers with various material types was analyzed. The work provides a foundation for the thermal analysis and optimization of large power piezoelectric transducers.
Key words:Piezoelectric transducer ；Heat ；Thermal simulation ；Finite element ；Temperature field
1引言
目前，在功率超声领域，例如超声清洗和超声焊接中，对大功率压电换能器的需求不断增加。但是，随着功率的提高，压电片的发热量也会相应地增加，如果换能器结构设计不合理，热量得不到有效地散发，压电片的温度就会不断上升，从而造成换能器性能的下降，严重的情况下（例如接近居里温度）换能器会失效，从而影响整机工作的可靠性，甚至造成设备故障，引起灾难性的后果。统计资料表明，在正常温度范围内，电子元器件的失效率随元器件温度的升高呈指数增加，大致来说，元器件的温度每升高10°C ，其可靠性减半。因此，对压电换能器进行可靠的热分析，实施有效的热控制措施，是提高换能器工作可靠性的关键措施之一。通过实验的方法来研究换能器的发热问题，耗时长成
如果采用数值模拟方法来对换能器进行热分本高。
收稿日期：2008-12-26；收到修改稿日期：2009-03-11作者简介：陈
析，就可以在产品开始生产之前确定和消除热问
题，降低设计成本，提高设计、生产、再设计和再生产的效能，缩短高性能压电换能器的研制周期，并有助于进行故障分析。
2压电换能器热仿真分析基本理论
飞（1983-），男，四川成都市人，硕士研究生，
专业方向为超声振动技术及应用。
压电换能器热分析，又称为热模拟，是利用
数学的手段在压电换能器的概念设计阶段获得温度分布的方法，它可以使压电换能器设计人员在设计阶段就能发现产品的热缺陷，从而改变其设计。
随着现代计算机技术的飞速发展，用数值方法求解传热学问题所占的比重越来越大。数值方法主要有有限差分法、有限容积法、有限元素法及有限
整个传热过程可以简分析法等。在计算温度场时，
化为一个线性稳态传热过程，其温度分布可以根据能量守恒方程求解：
k x 鄣T +k y 鄣T +k z 鄣T +q =C m
鄣x 鄣y 鄣z 鄣t
（1）
鄣鄣鄣鄣鄣鄣
第35卷第4期陈飞等：压电换能器的热仿真分析
105
式中：C ———材料的比热容，单位为J/（K ·m 3）；
鄣T ———温度随时间的变化率，即单位时间的温升；k x ，k y ，k z ———x ，y ，z 方向上的热导率，单位为（W ·m -1·K -1）。
对于各向同性导热材料，k x =k y =k z =k ，上式变为：
2+2+2k +q m =C 鄣T （2）222
鄣x 鄣y 鄣z 鄣T =0，上面两个方程变为：鄣k x +鄣k y +鄣k z +q =0
m
鄣x 鄣y 鄣z 3.2压电换能器热分析模型
在进行热分析前，首先要根据实体结构建立如图2所示的热分析模型。模型的建立必须与实体模型相一致，考虑到计算量和易于网格剖分等因素，在ANSYS 里建立的1/4分析模型如图3所示。该图是进行了网格剖分后的实体简化模型，此热分析模型中忽略了电极片，将压电环简化为压电片，忽略了螺栓和预应力螺栓绝缘套筒。
2
2
2
22
2
2
22
m
2
（3）
k
鄣T +鄣T +鄣T
+q =02
（4）
根据上述控制方程、边界条件和初始条件创建
一个温度场泛函表达式，利用变分法推导有限元公式，然后利用迭代法或消去法进行求解，即可得到相应的计算结果。
3.3施加热载荷并求解
分析时作如下假设：①压电片是平面均匀热源；②环境温度和换能器的初始温度为25℃；③忽略热幅射效应；④压电片产生的热功率为100W ，与外界的热对流系数为20W/（m 2·K ）；⑤器件的外表面与周围空气进行对流换热，其对流换热系数h 为常数，周围空气的温度t f 为常数，该边界满足的条件为：
鄣T -λ=h（t W -t f ）（5）
W 鄣T
式中：-λ———为边界处的温度梯度，λ为导
W
热系数；
3压电换能器的热仿真分析
有限元分析的方法是目前在工程领域中常用的数值模拟方法，ANSYS 作为有限元分析软件在热分析方面具有强大的功能，可以分析工程中普遍存在的热问题，其热分析的基本原理是将所处理的对象划分成有限个单元（包含节点），然后根据能量守恒的原理求解一定边界条件和初始条件下的每个节点处的平衡方程，由此计算出各节点的温度值，进而进一步求解出其他相关量。本文主要通过稳态热分析对压电换能器进行传热分析。3.1压电换能器的结构与原理
Langevin 换能器，在原理上可以被简化为“三明治”结构，压电环被夹在两金属端块之间。图1显示了Langevin 换能器的典型构造，压电堆包括六片压电环片和铜电极，它们通过螺栓预紧夹在前后质量块之间。
22
h ———压电片与空气间的对流换热系数；t W ———表示边界处温度；t f ———空气的温度。
当系统的温度场不随时间变化，即流入系统的热量加上系统自身产生的热量等于流出系统的热量，系统处于热稳态。在热稳态分析中任一节点的温度不随时间变化。稳态热分析的能量平衡方程为（以矩阵形式表示）：
[K ]{T }={Q }
（6）
式中：[K ]———传导矩阵，包含热导率、对流系数、辐
图1Langevin 换能器
射率和形状系数；
{T }———节点温度向量；{Q }———节点热流率向量，包含热生成。软件利用模型几何参数、材料热性能参数以及所施加的边界条件，生成{K }、{T }、{Q }。
基于能量守
恒原理的热平衡方程，用有限元法计算各节点的温度，并导出其他热物理参数。模型中各材料的属性见表1。
表1材料钢铝铜铝镁合金钛合金压电片PZT-8
换能器模型中材料的参数
热传导率/（W ··m -1K -1）
靠性的关键。
4模拟结果及分析
[1**********]205
压电换能器热分析中的热传递主要包括两个
方面，压电片产生的热量传导到前后金属块的外表面，再通过各种热对流的方式将热量散失。热阻是衡量器件散热性能的重要指标，它由温差与耗散功率的比率决定，即R =ΔT/P，要想得到热阻，首先必须知道温度分布，低热阻的结构设计是提高器件可
换能器的共振频率为20kHz ，前后质量块分别
铝、铜、铝镁合金、钛合金五种材料，后质量采用钢、
块的直径为50mm ，前质量块大端直径为50mm ，
小端直径为39mm 。压电片直径为50mm ，厚度为5.2mm ，假设换能器的功率为100W ，可算出施加在压电片上的热载荷为1.5×108W/m2，通过数值有
模型稳态温度场分限元计算可以得到温度场分布。
可以看出，压电片产生的热量通过布如图4所示，
前后质量块将热量传递到外面，由于压电片在工作中产生的热量主要集中在中心部分，最高温度可以达到83.931°C ，最低温度出现在压电片与金属块的联接处，大部分热量要靠两端的金属块传递出去。因此两端金属材料对热量的传递起着决定性作用。
采用铜作为压电换能器的前后质量块，导热性能固然优良，但是强度不够，不适合作为换能器的前后金属块块材料，铝和钢材料强度较高，但传递热量的能力不强，通过对比可以发现，压电片的中心温度很高，铝镁合金不仅强度高，而且导热性能和铜接近，传递热量的能力强，还可以避免热应力
所以在选用金属块材料的时候应综合问题的产生。
考虑各方面的因素。
表2
前后质量块材料对模型分布的影响
不变的情况下，功耗与压电片的温度成近似正比关系，随着功耗的增大，压电片温度逐步升高，当输入功率达到上千瓦时，压电片温度超过390℃，这已经超出了本压电片的居里温度310℃，将导致压电片的失效，因此不能只追求功率的增大，应该进一步优化结构，提高散热效率，或者采用小功率换能器阵列来获得更高的工作功率。
600500400P /W 300200100
67.844
110.689153.533196.378239.222
t /℃
材料名称45钢钛合金铝镁合金
铜铝
密度
）（/g ·m -[***********]700
弹性模量热传导率压电片中心
（/kg ·mm -2）（/W ·m -1·K -1）温度/°C [***********]0860
[1**********]37
72.70683.93167.80467.21967.726
随着压电材料技术的不断进步，功率型压电换
本文模拟了输入功率对能器朝着大功率方向发展。
压电片温度的影响，结果如图5所示。在其他条件
图5输入功率对压电片温度的影响
（下转第110页）
货车经过时的应变是判断桥梁强度的简单有效的方法之一，本试验共选取了4个关键点进行应变的测量。由于系统采用无线和电池供电，所以安装非常方便，省去了信号线和电源线。试验测的结果如图9所示。
6结束语
采用基于ZigBee 技术的无线传感器网络实现
应变测量系统，是充分考虑系统的需要和ZigBee 网
易实现、可靠的数据传输、低功耗以络具有低成本、
及各层次的安全性等特点。通过对传统应变测量系统的改进，不仅提高了应变测量的方便性，而且扩大了应变测量的应用范围。随着传感器网络在日常生活中和工业生产等方面的广泛应用，ZigBee 作为一种新的技术必将得到更大的发展空间。
参考文献
[1][2][3][4]
张宏锋，李文锋. 基于ZigBee 技术的无线传感器网络的2006，28（8）：12-15. 研究[J].武汉理工大学学报，赵
妍，岳炳良，高大伟.ZigBee 无线解决方案网络层研究[J].计算机测量与控制，2007，15（5）：689-691. 吕治安.ZigBee 网络原理与应用开发[M].北京：北京航空2008. 航天大学出版社，
郑丽国，周怡颋，凌志浩. 基于ZigBee 技术的产品开发流程及其实现方法[J].自动化仪表，2006（27）：162-165. [5][6][7]
郑新春. 嵌入式程控应变仪的研制[J].南京理工大学学报，2002（3）：166-168.
沈观林，马良垠. 电阻应变仪及其应用[M].北京：清华大学出版社，1983.
昂志敏，金海红，范之国，等. 基于无线传感器网络节点的设计与通信实现[J].现代电子技术，2007（10）：47-49.
由于现场环境一般都十分恶劣，所以对设备要进行必要的抗干扰措施。设计系统时必须考虑电磁滤兼容性的设计，对于防电磁干扰主要采用屏蔽、波和接地3项措施。现场试验时主要采取的措施是寻找合适的接地点，理想的接地点是接地阻抗非常低的点，如果现场没有接地点，可以通过埋入地下
铁栓等物体完成接地。
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
（上接第106页）
参考文献
[1]
Fu B ，Hemsel T ，Wallaschek J. Piezoelectric transducer design via multiobjective optimization [J].Ultrasonics ，2006，44（1）：747-752. [2][3][4][5][6][7][8]
黄振伟，傅
波，穆
飞. 夹心式压电超声换能器串并联
传输矩阵设计法[J].应用声学，2008，27（5）：395-400. 林书玉. 夹心式功率超声压电陶瓷换能器的工程设计[J].声学技术，2006，25（2）：160-164.
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对于实际应用，可以采用散热片来改进压电片的散热性能，在不影响压电换能器的工作频率的情况下，可以在压电片中心添加圆形铜质散热片，其直径可以大于压电片，厚度方向也可以做适当调整。其次可以通过强制冷却的方法来改善换能器的散热性能，也可以采用液冷进一步改善散热性能。
5结束语
利用有限元分析软件对压电换能器进行了热仿真分析，结果表明，采用铜作为前后质量块的材料，散热性能最好，但从结构的强度考虑，采用铝镁合金能满足换能器对散热的要求，使压电片中心温度比别的材料低16°C 左右，并且不容易产生热应力问题。
为了分析过程的简便，仅对Langevin 换能器进行了热分析，但其基本方法可推广用于其他类型换能器的热分析和性能优化。