多普勒导航圆盘换能器的方向特性研究

传统上,在设计有一定厚度的圆盘换能器方向特性时,总是近似采用一维活塞均匀振型,但它实际上是二维非均匀振型.我们研SJH-100型多普勒导航测速声纳换能器时,采用了两维厚向位移迭加模型,建立了计算方向特性的较精确的公式.经测量和计算机计算,证明它更切合实际.这种方法或可供设计水声、超声及电声圆盘厚度振动换能器的同志参考. 同时,本文探讨了铜外壳,声负载及其它声学结构对换能器方向特性的影响,从而提供了修正某些参数的依据.     

全国声学标准化技术委员会第一次会议在京召开

全国声学标准化技术委员会第二次会议于1981年12月14—21日在北京召开,出席会议的委员共30人,因故缺席2人.在此期间技术委员会的四个分技术委员会也召开了会议.     

PZT厚膜及高频超声换能器的研究

近年来,基于PZT厚膜的超声换能器研究受到了广泛的重视。本文综述了PZT厚膜制备技术的发展情况,简要介绍了水下声纳和医用超声领域中PZT厚膜型高频超声换能器的应用研制进展。     

Focusing of Time Reversal Lamb Waves and Its Applications in Structural Health Monitoring

The focusing of time reversal acoustic fields for dispersive and multimodal Lamb waves is theoretically investigated and experimentally verified. It is demonstrated that the time reversal Lamb wave signal will reach the maximum amplitude when the observation point is located at the damage location. Based on the time reversal focusing theory, a damage imaging method is proposed for structural health monitoring using Lamb waves. The experiments employ a transducer network consisting of four piezoelectric transducers as actuators and as well sensors for excitation and measurement of Lamb waves. The results show that this method is able to accurately predict damage location and provides an estimation of the possible area even for damage close to one of the transducers or even slightly outside the transducer network.     

A Simple and Accurate Method for Calculating the Gaussian Beam Expansion Coefficients

The calculation of the diffraction field radiated from the ultrasonic transducer can be simplified by using the Gaussian beam expansion technique. The key problem of this technique is how to determine the coefficients of Gaussian functions. We present a simple and accurate optimization method to calculate the Gaussian beam expansion coefficients, Half of the coefficients are obtained by solving linear equations. The other half are derived from the Fourier series expansion. Wave field simulation results demonstrate the validity of the new method.     

偶极声波换能器振动特性计算

利用ANSYS有限元软件计算了声波测井中使用的偶极子换能器在不同机械边界条件下的振动模态和频率响应。计算结果显示,偶极子换能器在一定的频率范围内有多个振动模态,不同的机械边界条件不仅影响振动模态的个数而且还影响同一振动模态的谐振频率;从频率响应曲线上还可以看出此结构的偶极子换能器在做弯曲振动时的频带较窄,这对在不同地层井眼中进行的偶极子声波测井非常不利。通过多个不同主频的偶极子换能器组合工作可以从根本上拓宽偶极声波换能器的频带宽度。     

宽体液腔Janus-Helmholtz换能器

本文使用有限元方法对宽体液腔Janus-Helmholtz(JH)换能器进行了仿真分析,得出了壳体宽度拓展增量对JH换能器工作性能的影响规律。使用三维建模的方式,分析了连接部分对换能器性能的影响及宽体壳体的的模态,证明了三维建模的必要性。依据仿真优化结构设计了一款宽体液腔JH换能器并进行了湖上测试。最终测试结果与仿真结果有很好的一致性,相较直筒JH换能器其谐振频率降低300Hz,发射电压响应最高可达144dB。     

压电换能器等效模型分析与阻抗匹配设计

声光可调滤光器(Acousto-optic tunable filter,AOTF)的衍射效率不仅与功率信号源的质量、声光晶体氧化碲(TeO_2)的切型有关,而且压电超声换能器的结构以及其阻抗匹配网络也对AOTF的衍射效率有很大影响。本文对X切型铌酸锂(LiNbO_3,LN)四层镀膜压电超声换能器的等效模型进行了分析,确定了声光介质存在时换能器的阻抗特性,利用射频微波仿真软件,设计了电感-电容复合匹配网络。将换能器压合在TeO_2上,用复色光作为光源进行了声光衍射实验,经仿真与实验验证表明,该匹配电路可以有效的改善压电换能器的阻抗特性,提高换能器带宽,提高能量传输效率,AOTF衍射效率最高可达92.67%。     

高频聚焦超声声场和温度场的仿真研究

为探究临床常用的7 MHz高频聚焦超声在多层生物组织中的声传播以及毫秒级时间内的生物传热规律问题,基于Westervelt方程和Pennes传热方程,使用有限元方法建立高频聚焦超声辐照多层组织的非线性热黏性声传播及传热模型。首先分析了线性模型和非线性模型之间的差异,然后在非线性模型下探究换能器的参数对声场和温度场的影响。仿真结果显示：在7 MHz频率下,当换能器输出声功率超过5 W时,声波传播的非线性效应不可忽视(p <0.05);当声功率从5 W增大到15 W时,非线性模型与线性模型预测的温度偏差从20%增加到34.703%;高频聚焦超声波的非线性行为比低频更加显著,基频能量向高次谐波转移的程度增大,声功率为10 W和15 W时4次谐波与基波之比分别达到7.33%和12.12%;高频换能器参数的改变对组织中声场和温度场分布的影响较大,换能器焦距从12 mm减小到11.2 mm,焦点处最高温度增加了77%。结果表明,7 MHz聚焦超声的非线性声传播需要考虑到4次谐波的影响。该文提出的多层组织非线性仿真模型可为高频聚焦超声换能器参数优化及制定安全、有效的术前治疗方案提供理论参考。     

空气耦合电容式微超声换能器设计

建立了空气耦合电容式微超声换能器(CMUT)的理论方法,分析CMUT各个结构参数对其性能参数的影响。根据理论分析结果结合无损检测应用背景设计了一个由16个阵元构成的CMUT阵列,并采用SOI晶圆键合工艺制作。该阵列每个阵元包含16个圆形CMUT敏感单元,敏感单元的半径400μm,中心频率230 kHz。建立CMUT发射和接收瞬态仿真模型分别得到CMUT发射声压和接收灵敏度与激励电压的关系,并通过实验测试验证该仿真模型的准确性。最后通过实验对CMUT与商用压电空耦超声换能器的性能进行对比,实验结果表明CMUT的发射声压和接收灵敏度与商用换能器达到相同数量级,并且能够成功激发和接收铝合金板中A_0模态Lamb波。