利用PVDF传感器检测激光超声的实验研究

简要介绍了激光超声技术以及声表面波的基本特点、激光超声产生和接收的基本原理及激光超声技术的应用。概述了聚偏二氟乙烯（PVDF）压电薄膜材料的结构、性质和应用，以及薄膜压电性产生的机理。对PVDF换能器的设计思路和实验方法进行了简单讨论。具体实验采用脉冲激光器激发声表面波，利用PVDF传感器接收实验信号，调试实验信号，得出波形，并对实验现象作出初步分析。证实了该实验装置应用于激光超声无损检测的可行性与可靠性。     

强脉冲激光在AZ31B镁合金中诱导冲击波的实验研究

为了研究强脉冲激光在镁合金中诱导冲击波的衰减,采用Nd:Glass脉冲激光(1054 nm,23 ns)对AZ31B变形镁合金试样表面进行冲击,并利用响应快、测量范围大的PVDF压电膜传感器以及示波器实时测量了强脉冲激光在镁合金靶中诱导激光冲击波的相对压力.根据冲击波每次在靶材背面反射时,所经过距离的不同得到激光冲击波在镁合金中的衰减规律.结果表明,在激光能量为5J的强脉冲激光作用下,镁合金中冲击波衰减的平均速度为5.83×10³ m/s,与镁合金中应力波纵波的传播速度相符;强脉冲激光诱导冲击波在镁合金中是以指数规律衰减的.试验所得分析结果对激光冲击强化镁合金的应用具有重要意义. 关键词： 激光 镁合金 压电膜传感器 衰减规律     

国家“八五”科技攻关项目“聚偏氟乙烯(PVDF)压电膜中试研究”通过鉴定

水声、超声和空气声学换能器研制中具有优良性能的聚偏氯乙烯（PVDF）压电薄膜材料，我国过去长期徘徊在实验室少量试制阶段，不能批量生产。以致许多采用PVDF压电膜的科技成果无法推广应用。因此“八五”期间该材料的中试研究被列为国家科技攻关项目。经国家科委批难由轻工部（现为轻工总会）下达湖南株洲塑料厂承担。1995年11月8日在株州市举行“聚偏氯乙烯（PVDF）压电膜中试研究”项目鉴定会。会议由中国轻工总会军工办组织，湖南省二轻工业集团总公司主持。由九位专家组成的鉴定委员会，经过仔细认真的鉴定．认为：建成PVDF压电…     

压电条SH声辐射场研究

具有一定宽度和厚度的无穷长压电条置于均匀各向同性半空间上, 压电条在电激励下产生机械振动从而在整个空间产生声场. 将压电条取为6mm晶系, 其对称主轴沿长度方向. 针对这 种压电换能器结构, 深入研究了SH波的激发和辐射特性. 首先将压电条中的声场展开为傅里 叶级数, 而将压电条下的无界半空间中的声场展开为傅里叶积分, 然后根据边界条件得到了 整个空间中声场的求解方案, 通过数值模拟计算了声场的分布特性, 并和传统方法进行了定 量的对比和分析. 最后采用最陡下降法(鞍点法)研究并得到了压电条声辐射场的远场近似表 达式, 分析了声场的指向性规律. 结果表明只有当频率f和压电条宽度a的乘积 fa<1 kHz·m 时, 传统方法得到的结果是可靠的，当频率升高时，压电条内应力和位移呈振荡式分布，频率愈高振荡愈激烈，且与传统方法的差异愈大.本文对声学微系统与声传感器件的研究具有 重要意义. 关键词： 压电条 6mm晶系 表面位移 指向性因子     

极化电压对聚丙烯压电驻极体膜压电性能的影响

压电驻极体是具有压电效应的微孔结构空间电荷驻极体材料,其压电性能与材料的微结构和空间电荷密切相关.本文首先利用压缩气体膨化工艺对聚丙烯(PP)的微结构进行改性,然后利用接触极化方法,研究了极化电压与PP膜空间电荷密度之间的关系,及其对压电性能的影响.结果表明对于极化前厚度为100μm的PP膜,其内部建立有序空间电荷分布的阈值极化电压为2 kV;一旦有序空间电荷建立起来,PP膜即具有压电效应.随着极化电压的提高,PP膜的空间电荷密度逐步增大,压电效应显著增强.当峰值电压为8 kV时,PP膜电极上的电荷密度、准静态压电系数和品质因数FOMv(d33·g33)分别为0.56 mC/m2,379 pC/N和8.6(GPa)-1.PP压电驻极体膜的FOMv比聚偏氟乙烯(PVDF)铁电聚合物膜高2个量级以上,且声阻抗非常低(～0.025 MRayl),因此该压电膜在超声波发射-接收系统或脉冲-回波系统中具有明显的优势.     

PVDF压电传感器及敏感单元设计关键技术

研究了聚偏二氟乙烯(PVDF)柔性压电传感器敏感单元设计关键技术和工艺。通过传感器敏感单元设计、电极制作、极化和封装研究实现功能,结合动态冲击压缩实验,对自主研制的PVDF传感器在不同压力段进行标定和A类不确定度评价,实验数据的A类不确定度优于10%,说明所研制的PVDF压电传感器精度高、重复性好,能够满足0.3~10.0 GPa动态冲击压力测量应用需求。目前产品设计水平已达到6级,后续将进一步开展更高压段有效性的应用设计、温度补偿效应研究和工程化产品设计。     

含磁电弹夹层的压电/压磁声子晶体带隙特性研究

将具有力电磁耦合性能的夹层引入到压电/压磁声子晶体中,在保持单胞长度为固定值的情况下,分别改变磁电弹夹层的厚度、磁电弹夹层中压电材料的体积分数和磁电弹夹层中压电材料的种类;并利用传递矩阵法和Bloch定理,得到波数k与频率ω的色散关系;通过色散关系图分析不同的磁电弹夹层对压电/压磁声子晶体带隙特性的影响.研究发现:当磁电弹夹层厚度增加时,带隙的中心频率上升,带隙宽度变宽;当磁电弹夹层中压电材料体积分数增加时,带隙中心频率下降,第一带隙宽度变窄,第二带隙宽度增加,第三带隙宽度保持不变;当磁电弹夹层中的压电材料种类不同时,带隙的中心频率和带隙宽度有明显的改变;磁电弹夹层对压电/压磁声子晶体带隙中心频率的影响在高频区比低频区更显著.     

多路高电压纳秒矩形波脉冲发生器的研制

为满足脉冲功率实验中对多路高电压纳秒矩形波激励的需求,研制了一台21路高电压纳秒矩形波发生器。此发生器由一个单路高电压纳秒矩形波脉冲发生器和一个21路分路器组成。其中单路高电压纳秒矩形波脉冲发生器可输出幅值约1.07kV、半高宽约10ns、上升沿约1.45ns的矩形波脉冲。利用21路分路器可将该矩形波脉冲分为21路矩形波脉冲,测得每路脉冲幅值可达51V,半高宽约为10ns,上升沿约为2.25ns。     

压电体的远程探测

提出用核四极共振谱仪对材料的压电效应进行远程的无线测量新方法，研究了石英晶体的共振谱线强度随激发脉冲功率、激发脉冲宽度以及激发频率偏置等参数的变化情况．实验结果显示，用该方法能够在时间为秒的尺度内在几十厘米的范围内方便地检测到压电共振信号，为压电材料更广泛的研究与应用提供了可能 关键词：     

多脉冲叠加高压系统及测量技术

 介绍了多脉冲叠加高压系统的核心部件：一个双次级绕组高压脉冲变压器，它能形成多路脉冲并叠加合成为梯形脉冲波，从而改善了波形的上升下降沿。该系统输出电压由3个衰减正弦波叠加而成，脉冲幅度大于100kV，脉冲宽度2～5μs。同时，在双次级绕组高压脉冲变压器上设计一个小型结构型电容分压装置，解决了变压器与其它装置对接装配后高压的监测和测量。     

一种100 kV Mini-Marx发生器触发源的设计

根据100kV Mini-Marx脉冲发生器对触发源的技术要求,设计了一种基于VE4141型氢闸流管气体开关器件的高压脉冲触发源。该触发源系统输出高压脉冲幅度达到0～30kV、脉冲前沿小于15ns、脉冲宽度大于500ns,不仅可以接收光、电和手动信号触发,而且还可以通过接口来控制调整100kV Mini-Marx发生器的充电电压以及电压显示。采用固态IGBT半导体开关器件产生预触发和主触发脉冲,控制气体开关氢闸流管VE4141瞬间导通放电输出高压脉冲信号,触发后级Mini-Marx脉冲发生器产生不小于100kV的高压脉冲。     

一种脉宽可调的陡化后沿高压脉冲发生器

磁开关因其独特的饱和导通机制而在脉冲功率技术领域应用广泛,利用磁开关饱和前后电感差异大的特点,可以将其用作撬断开关来陡化脉冲后沿。利用金属氧化物压敏电阻的稳压特性,能在负载上得到具有一定平顶的脉冲准方波,进而可通过改变磁开关的伏秒积来进行脉宽调整。提出一种脉宽可调的高压脉冲发生器技术方案,利用压敏电阻产生高压脉冲准方波,用磁开关作为撬断开关来陡化脉冲后沿,并通过改变磁开关复位电流的大小来控制磁开关的复位深度,进而实现脉宽可调。首先进行了理论分析及软件模拟研究,然后基于模拟结果开展了初步实验研究。初步实验得到的负载电压波形后沿小于30 ns,脉宽可调范围大约30%,验证了磁开关的后沿陡化效果以及用于脉宽调整的可行性。     

新型超快速三角波脉冲电路的研究

本文讨论了一种新型三角波脉冲发生器,此脉冲发生器是由雪崩晶体管作为开关器件,产生出的三角波脉冲半宽度为3.5ns,上升时间最快达2ns,幅值为±1300V,电路的延迟时间为8.3us。     

放电泵浦KrF激光放大器的高电压脉冲发生器

描述了一台用于泵浦KrF激光放大器的可重复频率运行的高电压脉冲发生器。该脉冲发生器由恒流充电机、储能电容器、传能开关、低阻抗布鲁姆林脉冲形成线、多通道轨条型输出开关组成。介绍了布鲁姆林线和轨条开关的结构,对充电回路和放电回路特性进行了分析,完成了各部分的调试并给出了实验结果。在储能电容器直流充电电压30kV,布鲁姆林线输出电压脉冲在激光器负载上峰值可达到60kV,脉宽80ns,脉冲上升时间30ns。     

半浮栅晶体管Marx方波脉冲电源设计

为得到工业需要的大电流高重频方波脉冲,分析并改进了半导体全控型Marx发生器,在充电的同时实现了截尾功能。设计采用新型半浮栅结构晶体管 (SFGT)作为主开关,可产生kV高压、百A大电流、高重频的方波脉冲。优化了电路结构,解决直流充电源受脉冲电源放电电压冲击问题。研制得到电流100 A、频率4 kHz、脉宽4 s、负高压6 kV、上升沿下降沿均在80 ns内的方波脉冲发生器。研究了相应的SFGT磁芯隔离驱动电路,结合了SFGT栅极并联自主电容隔离驱动和IR2110的半桥驱动电路,并对半桥上的MOS管的栅极等效电路进行了理论分析,驱动电路具有抗干扰能力强且脉宽调节范围大的特点。     

Computations and measurements of transient stress waves and electrical voltages generated by transmitting ultrasonic piezoelectric transducers

the Mason model is used to compute the transient stress generated by a thickness mode piezoelectric transducer excited by a step voltage for various backings or loadings. The predicted stress pulse is experimentally shown to conform with the plane wave component of the radiation field. Verification is effected after visualizing the real radiation field and isolating its plane wave component and after applying surface transduction for detection.From the transmitting transducer a generated voltage is brought to attention. This quantity is closely related to the width of the initial pulse in the received ultrasonic signal display. The theoretical induced voltages are verified experimentally.     

陡化前沿Marx发生器的阻抗特性

 利用50 kV无感电容器与固体电阻制作了10级陡化前沿Marx发生器,实现了电容储能型脉冲功率调制系统的小型化。使用不同阻值的水电阻负载研究了发生器的阻抗特性,并进一步制作了金属膜电阻负载进行实验,测定90 Ω负载可以使发生器处于临界阻尼放电状态,从而确定发生器的内部阻抗约为45 Ω。当充电电压为40 kV时,在金属膜电阻负载上得到了幅值约为210 kV,脉宽约为40 ns,前沿约为5 ns的快前沿高压脉冲。利用此发生器成功地驱动了强流二极管,当二极管阴阳极间距为15 mm时,在30 kV充电情况下,其输出电压约为154 kV,束流约为1 kA。     

小型高压重复频率微秒脉冲电源及其放电应用

针对实验产生等离子体的需求,研制了一种高压微秒脉冲电源,输出电压最大值为30kV,上升沿最小为300ns、脉宽0.5μs。测试结果表明电源的输出特性由负载决定,同时调节输入电压、触发脉宽可以改变电源的输出脉冲。研究了针-针放电负载时,电源重复频率以及针针间隙对于放电模式的影响,并通过研究电源输出随负载的变化来区别不同的放电模式,最后把电源成功应用于介质阻挡放电。     

基于半导体开关和LTD技术的高重频快沿高压脉冲源

采用快开通功率MOSFET,通过优化驱动电路、磁芯参数以及耦合结构,设计了基于半导体开关和直线变压器驱动源（LTD）技术的高重频快沿高压脉冲源。该脉冲源由四级LTD串联而成,可实现单次脉冲和最高频率2 MHz脉冲串输出。脉冲最高幅值约2.3 kV,上升沿约7 ns,脉宽约90 ns,下降沿约20 ns,输出电压效率约95%。该脉冲源结构紧凑,输出脉冲稳定,实现了模块化设计,可作为重频电磁脉冲模拟源使用。     

固态化脉冲形成网络Marx脉冲发生器

和传统Marx发生器单级由单一电容组成不同,脉冲形成网络Marx发生器的每一级是以陶瓷电容排列成网络形式组成脉冲形成网络,然后再通过串联叠加的方式实现电压叠加。由于采用了脉冲网络形成线,该型发生器可以产生质量较高的脉冲波形。对该型Marx发生器的充电方式、开关结构、结构布局等进行了研究,设计了两种较为紧凑的实验装置。开展的初步实验研究中,利用脉冲变压器进行充电,利用SF6气体绝缘,10级叠加结构在50Ω水电阻负载上获得了400 kV,100 ns的高压输出;20级结构在50Ω水电阻负载上获得了500 kV,70 ns的高压输出。