功率超声换能器辐射声功率的激光干涉测量

利用激光干涉仪,绝对测定超声换能器表面的振动位移并由此而确定超声换能器的辐射声功率,对一增幅杆型的超声换能器辐射声功率测量的实验结果表明,在本文的声功率测量范围内,空化对换能器表面的振运移测量影响不大,而且该换能器的电声功率转换效率经实验测定可达到０．４０。     

单面接线的厚度模压电换能器

常规的厚度模压电陶瓷换能器需要在压电陶瓷片的两个大面上接线.但是前表面的接线对于小换能器(直径小于1mm)和阵列换能器不利.两面接线还不便于批量生产,也不便于和匹配层的耦合.D.E.Laughlin等人1985年曾制作了如图1所示的小换能器.这种换能器的背电极分割成两半,分别连接电源的两极.前表面的电极不连线,与常规换能器不同,这种换能器工作时压电片的两半作反相振动,一半伸张时,另一半压缩;一半压缩时,另一半伸张.实测表明,这种换能器的声场由两个独立的声束组成(图2).     

超声换能器表面的振动状态

从超声波在波密介质和波疏介质之间的传播以及诱发共振发射超声波的角度,讨论了空气中超声声速测量实验所用超声换能器的表面振动状态.理论分析及实验测量结果表明:超声换能器表面振动状态与其结构有关,超声接收器表面位移振幅一般不为零.     

表面掠射体波(SSBW)

叉指换能器不仅是高效率的表面波换能器,而且往往也是有效的体波换能器。对表面波器件来说,这些体波将带来杂散影响,需加以抑制。与此相反,“表面掠射体波”(以下简称SSBW)器件,不是利用叉指激发的表面波,而正是利用它激发的体波来完成信号处理功能的。 这种体波由叉指换能器激发,形成紧沿表面传播的波束,其传播矢量几乎完全平行压电晶体表面,并满足表面边界条件。它的传播速度V_s与衰减基本上同于无限大介质中相同方向的体波。其同步频率满足下列关系     

基于一维声栅共振场的大规模微粒并行排列的实验研究

声操控微粒技术可以非接触无损伤地控制声场中的物体运动,其在精密制造、材料工程、体外诊断等领域具有广阔的应用前景.传统声操控微粒技术一般采用自由声场,如利用单个换能器或阵列换能器产生的聚焦声场、行波场或驻波场等.然而,一般单个换能器产生的声场仅能操控单个微粒;而阵列换能器的驱动系统复杂,导致操控器件成本高昂且难以微型化;因此,亟需研究新的声场形态实现多样性微粒操控.本工作中,采用单个换能器产生的平面波激发一维声栅的共振声场,实验实现了大规模泡沫微球的周期排列操控.其操控机制是由于声栅狭缝中法布里-珀罗谐振声场与声栅表面周期衍射场共振耦合,在声栅表面形成周期分布的局域梯度声场,导致微粒在平行于声栅表面受到声捕获力,在垂直于声栅表面受到指向表面的声吸引力,实现了微粒周期排列在声栅表面上.该工作为利用超声在空气中大规模排列微粒提供了理论基础和技术支持.     

医用超声治疗机换能器表面辐射声动率的声光法测量

声光法测量声功率,是利用平面波超声在透明液体中对光波产生的衍射效应来测量的一种方法.它能测量紧贴换能器表面的辐射功率,并且对声场没有影响.适宜于测量医用超声治疗机换能器的表面辐射功率.此文叙述了实验方法,给出了实验结果,并把结果列成表,以便查阅.结论表明,此法测量简便,精度较高.     

光衍射法观测叉指换能器在石英晶体中激发的各种声波

利用声光相互作用所引起的光衍射现象,观测了叉指换能器在石英晶体上激发的各种声波及其倒速度图。着重研究了z-切割石英晶体表面、沿y方向激发表面声波的叉指换能器在这个样品上激发的各种表面声波和体声波。对观察到的不同于瑞利波形式的表面声波进行了探讨,并说明这类波的特性值得进一步研究。     

多基元聚焦空气耦合超声换能器*

文中针对空气耦合超声换能器及其在表面缺陷检测中的应用开展了研究。选用1-3型压电复合材料及双匹配层结构来实现超声换能器压电材料与空气之间声阻抗的逐渐过渡,提高压电材料/空气界面的声能量透射率进而提高空气耦合超声换能器的灵敏度。在此基础上研发制作了440 kHz多基元聚焦空气耦合超声换能器,并对其性能进行了测试。其焦距、焦宽及焦深分别为41.44 mm、1.14 mm和20.30 mm,灵敏度和带宽分别为-50 d B和20.2%。测试结果表明该空气耦合超声换能器具有优良的性能,利用该超声换能器可以有效检测材料表面缺陷。     

薄板声-超声检测超声传播模式的实验研究

在声－超声检测中,人们用纵波换能器在被测板材表面的某一位置向试件中发射宽带超声波,接收换能器则设置在试件同一表面的另一位置,因此,正确认识这种检测形式下的超声波传播特性是有效应用该技术的基础。本文通过实验研究证实,薄板在声－超声检测形式下激发出的超声波的主要成分是多模式的兰姆波。文中用声－超声方法在两种厚度的铝板中激发并接收到了宽带的兰姆波。     

用脉冲重叠法精确测定表面声波的传播速度

本文提出采用交叉触发脉冲重叠法来精确测定材料的表面声波相速度.在一块样品上制作相同的三个叉指换能器A、B、C,在B与C之间的样品表面镀上金属膜.分别依次由A或C发射表面声波,而由其它两个换能器接收,即可测定表面声波的速度和速度变化.本文对LiNbO,石英及压电陶瓷样品进行了测量,测量精度估计约为±2m/s.     

直线微动马达箝位超声换能器(PGUT)研究

本文提出一种用于超声微动直线马达的环形三叠片压电箝位超声换能器(Position-Cripped Ultrasonic Transducer,简称:PGUT)。其原理是利用换能器的超声振动产生的表面效应,来实现直线微动马达的箝位或松位。本文给出了这种换能器的共振频率、有效机电耦合系数及实验结果。实验结果表明,PGUT 能迅速、平稳的执行箝位、松位动作,并且具有低工作电压驱动相似文献   

1-3型压电复合材料非均匀振动换能器的研究

通过调整1－3型压电复合材料换能器中压电相的分布，可以控制换能器辐射面上振动幅度和相位的分布，从而获得具有特殊性能的声场．作为辐射源表面振动速度等相位不等幅和等幅不等相位的两种典型情况，本文对边线高斯型换能器和Wesnel聚焦换能器进行了实验研究，讨论了其声场特性．     

声表面波驱动的非接触式转动马达

在研究摩擦力驱动的接触式转动马达的基础上,本文研制了一种由声表面波驱动的非接触式转动马达.这种马达的定子选用128°YX-LiNbO3晶体,在晶体表面光刻两对叉指换能器,由叉指换能器在定子表面激发两列平行而反向传播的声表面波.定子表面铺一层流体,转子就浮在流体表面.当定子表面有两列平行而反向的声表面波传播时,流体层中就会产生平行而反向的声流,这种黏性流体的声流运动就会驱动转子运动.实验上测定了马达的角速度随驱动电压,流体层厚度以及流体运动黏性系数变化的结果.同时,我们也发现,在相同工作频率下,非接触式转动马达的阈值电压远小于接触式.     

电级联表面声波共振器中的耦合振动

表面声波共振器(SAWR)是一种很有前途的窄带滤波器。但是,单个双换能器结构的表面声波共振器频率响应的边瓣抑制一般仅25dB左右。为了提高SAWR滤波器的边瓣抑制,可以采用各种措施,例如采用倒相换能器抑制直达声讯号,边瓣抑制能稍微提高一些。两个SAWR的耦合也能提高边瓣抑制。三个SAWR的电级联可将边瓣抑制到接近80dB。因     

具有均匀近声场的圆形压电换能器

本文探讨表面振动速度按各种规律分布的圆形压电换能器的声场.计算了它们的轴线上的声压分布,实验验证了其近声场的均匀程度及远声场的指向性.证明了表面振动速度按多项式(1-ρ~2/α~2)~2及余弦分布的换能器有足够均匀的近声场.     

在线超声检测系统中螺旋线圈换能器的应用*

针对在线车轮超声检测系统的工程应用,研究了圆形螺旋线圈电磁超声换能器由洛伦兹力换能机制在钢中产生的辐射声场。给出了涡流、等效表面力源和辐射声场的计算方法,分析了圆形螺旋线圈换能器在钢试块上的辐射指向性。结果表明,辐射的圆周径向偏振横波为两边瓣中空指向性,对理解圆形螺旋线圈换能器的辐射声场和在重载货车车轮轮辋在线辋裂缺陷检测中的工程应用具有一定的指导意义。     

穿单孔型宽频带换能器

提出一穿单孔型换能器,即在夹心式压电换能器前盖板上穿一圆台形单孔。先利用一维设计理论推导出在某一参考面换能器的等效质量、等效电阻的表达式,得到换能器的机械品质因数和带宽的表达式。后又利用有限元方法计算了换能器的电压发射响应。与未穿孔换能器相比较,在一定尺寸范围内,频带宽度将得到拓宽。实验结果与理论计算符合比较好。     

叉指换能器激发表面声波的生长特性

本文利用暗场法和光探针技术对叉指换能器,特别是线性调频叉指换能器,激发表面声波的生长特性进行了观察和测量。并且利用有关的理论进行了计算。实验和理论结果一致表明在共振激发指对的中心位置,声强极小;离开中心位置,声强迅速增长。对于周期性叉指换能器,向两侧增长是对称的;而对于线性调频叉指换能器,向两侧增长是不对称的,向高频端的增长比向低频端的更强,因而形成线性调频叉指换能器向两端辐射的不对称性。但是在实验结果与理论结果的比较中,也出现一些问题,我们对此进行了初步的讨论。     

一种高灵敏压电平面水声换能器

设计并制作了一种高灵敏压电平面水声换能器。该换能器敏感元件是对1-3-2型压电复合材料结构的改进,即在带基底的压电陶瓷小柱阵列间不注入聚合物,并在其上表面直接覆盖金属板,构成“带基底的压电小柱阵列+金属盖板”结构敏感元件(称为“空气填充型”敏感元件)。对“空气填充型”敏感元件的谐振频率进行了理论计算和有限元仿真,与实测结果较吻合。为便于对比性能,同时制作了同尺寸“1-3-2型压电复合材料+金属盖板”结构敏感元件(称为“聚合物填充型”敏感元件)换能器。分别对“空气填充型”和“聚合物填充型”敏感元件换能器的有效机电耦合系数、发送电压响应和接收灵敏度进行有限元仿真和实测,结果均显示,“空气填充型”敏感元件换能器具有较高的接收灵敏度,相较于“聚合物填充型”敏感元件换能器可提高21 dB。该敏感元件换能器能有效提高灵敏度,可为研制高灵敏换能器提供参考。      

声管测量系统的宽带复合型换能器

提出了一种纵向换能器与Ⅳ型弯张换能器相结合的复合型换能器,推导了换能器的等效电路,根据等效电路分析了纵向换能器和弯张换能器之间的耦合作用;应用有限元方法进行了结构优化,使换能器能够发射较高频率声波的同时兼顾低频发射.研制了宽带复合型换能器实验样机,对在声管中所建立的驻波声场特性进行了实验研究,并成功利用该脉冲声管系统进...