背衬参数对厚度模压电换能器特性的影响

系统研究了厚度模压电换能器的背衬厚度、声阻抗率及机械损耗因子对换能器振动性能影响,重点分析了在所关心频率附近的有效机电耦合系数和机械品质因数。计算结果表明,随着背衬厚度增大,换能器的有效机电耦合系数和机械品质因数均震荡减小;背衬声阻抗率与压电片声阻抗率差值增大,换能器有效机电耦合系数减小,机械品质因数增大;保持压电片厚度不变,增大背衬的机械损耗因子,换能器有效机电耦合系数单调减小,机械品质因数有极小值,在给定频率范围内电特性曲线趋于光滑。用有限元方法验证了等效电路计算方法的正确性,并对比了换能器的测试结果和计算结果。计算所得规律为厚度模压电换能器的设计和实验制作提供了理论依据。      

厚度模压电超声换能器无源声学材料研究进展*

厚度模压电超声换能器作为超声波发射、接收以及电信号间转换的载体,是超声成像与检测系统的核心器件,一般由压电层、匹配层和背衬层3部分组成。超声换能器的性能一定程度上决定着整体超声设备的性能,影响了其在工业、医学、军事等领域的应用。该换能器的关键性能指标(带宽、灵敏度)除了受到压电层的影响,还与匹配层、背衬层等无源声学材料的设计密切相关。该文综述了近年来厚度模压电超声换能器无源声学材料(匹配层、背衬层和声透镜)的研究进展,提出了当前该类材料面临的难题和解决途径,并对其未来发展方向进行了展望。     

超声换能器辐射特性的优化*

匹配层和背衬层是换能器的重要组成部分,对换能器特性有重要影响。针对发射型换能器,基于有/无匹配层和空气/树脂背衬两种条件组合,该文研究了匹配层与背衬层对换能器辐射特性的影响。结果表明,负载材料为水时,空气背衬换能器相较于树脂背衬换能器声能辐射效率更高;匹配层可以提高换能器的主瓣能量,抑制旁瓣能量及旁瓣数量。因此,针对发射型换能器的设计,背衬材料的选择应遵循与压电材料的阻抗差异越大越优的原则;匹配层的合理设计不仅可以提高超声换能器的声能辐射效率,还可以提高主瓣旁瓣峰值比,使声能更集中。     

Barker码体波脉冲压缩换能器的研究

本文从压电圆片二维等效电路出发,导出了多层结构的传输矩阵。对PZT,PT做成的多层编码发射和多层倒置接收换能器,在阶跃电脉冲激励下实现了Barker码脉冲压缩。从理论和实验上分析讨论了径向模、背衬、负载、粘接层、介电损耗和机械损耗等对压缩效果的影响。理论与实验结果基本符合。在解决了某些工艺困难之后,作出了PZT和PT的Barker码体波脉冲压缩换能器。     

一种多层压电结构:迭层换能器

在目前的换能器设计技术中,为了提高换能器的带宽,普遍采用重背衬技术。但是,重背衬的使用,使得换能器的灵敏度有较大的损失。近年来压电复合材料的应用使得换能器的性能大为改进。如何进一步提高压电换能器的灵敏度是Chofflet和Fink这篇文章的研究重点。     

宽带多层换能器

为了提高医学超声、无损检测用换能器的频带宽度,目前普遍采用重背衬吸声块及前匹配层技术。一般来说,前匹配层是无压电性的,只起阻抗匹配的作用。 J.A.Hossack和B.A.Auld报道了一种宽带多层换能器,这种换能器的结构与普通具有前匹配层的换能器基本相同,其差别是用压电材料作前匹配层,并且在前匹配层上加激励电压,成为具有两层或两层以     

高振幅夹心式压电换能器

用一维理论分析了由n个元件组成的压电换能器,用传输矩阵方法编程计算了换能器两端面的位移振幅比为最大时的最佳长度比,并作实验验证。实验和理论计算结果基本符合。     

压电换能器数字模型软件包

最近美国NTR系统公司(NTR System Inc.,1902 North 34th Street,Seattle,WA 98103,USA)推出了一个压电换能器数字模型软件包,PiezoCAD。这个软件包用传输矩阵法计算换能器的整体特性。用户可以从软件包里的数据库选择压电材料的参数。这个数据库里有陶瓷、晶体、聚合物和复合材料的板、条、棒的大量参数。用户可以规定多层匹配层、多层背衬层和负载的特性。在电端可以规定各种电匹配网络,包括电阻、电容、电感、变压器和同轴电缆的串联、并联及各种组合。用T型网络表示的非理想变压器也包括在     

用锥状厚压电片换能器的测量

在工业无损评价(NDE)及医学超声成像中,为提高纵向分辨率,希望超声换能器具有窄脉冲宽频带的特性,为此,有人用高阻抗、高衰减材料做为压电晶体的背衬,用作匹配吸收体。也有人采用厚的压电晶体制做换能器,利用其远离共振频率的非谐振状态工作,但上述方法存在一些不足,如换能器径向模的振动,粘接层的影响等。作者提出了一解决问题的方法,即厚片锥状压电换能器,其工作在非共振状态,同时作用面积小。     

用压电聚合物构成的单极性声脉冲发生器

本文介绍了用阶跃电压的快速下降沿作用在PVDF压电膜上而产生的单极性声脉冲。实验结果表明，声脉冲的波形和脉冲宽度取决于PVDF压电膜的厚度，阶跃电压的下降沿宽度，以及背衬材料和声传播媒质的形状等多个因素。该声脉冲发生器所产生的压力波脉冲的宽度约为50ns，不仅适用于固体中空间电荷的测量，也可以用于其他方面的应用，例如超声医学诊断，对材料的非破坏性的检测等。文章以该声脉冲发生器在压电压力波中的应用为例进行论述，并且所有测量结果都是通过压电压力波测试系统获得的。