污泥的超声破解实验研究

本文在测量超声破解污泥试验所用反应器声场的基础上,主要研究了复频超声作用下,超声频率和换能器位置对污泥破解效果的影响。在此基础上采用两个同相换能器,以污泥滤液COD、NH₃-N、TP的增量,首次研究了复频超声破解污泥的效果,且详细探讨了影响复频超声破解污泥的影响因素（不同频率组合、不同功率组合、不同时间组合）。实验结果与理论分析符合较好,从而说明超声是一种有效的破解污泥的方法,进而对超声处理污泥的规律进行研究,这将为超声处理污泥提供一定的实验基础。     

PZT 95/5陶瓷电致失效机理研究

对PZT 95/5陶瓷在直流电场、脉冲方波电场以及半正弦波电场作用下的失效机理进行了理论和实验分析.结果表明:在直流作用下,其失效机理以热-电耦合失效为主;而在脉冲电场作用下,考虑振动冲击效应以及相关的力谱分布,脉宽越短,能量向高频偏移,越可能发生力-电耦合失效;当脉宽增加,PZT 95/5陶瓷失效机理将从力-电耦合失效逐步转变成直流失效模式. 关键词： PZT 95/5 失效机理 直流电场 脉冲电场     

基于声表面波技术实现数字微流体多基片间输运

建立了声表面波实现多基片间输运微流体的新方法.由3个128(0)YX-LiNbO3压电基片组成,一个基片为接口基片,另两个为工作基片,每个基片光刻一个中心频率为27.5 MHz叉指换能器和一个反射栅.采用微量进样器将待输运的数字微流体进样到工作基片2,调节接口基片使得其与工作基片2位于同一高度,并使其间隙尽可能小,在工...     

ACOUSTICAL TRANSMISSION LINE MODEL FOR ULTRASONIC TRANSDUCERS FOR WIDE-BANDWIDTH APPLICATION

An improved model for ultrasonic transducers is proposed.By considering only the first symmetric mode,each layer is represented as an acoustical transmission line in modeling of bulk wave transducers.In imaging applications,wide bandwidth and short time duration are required.The approach we have used consists of impedance matching the front face of the piezoelectric transducer to the propagating medium with a quarter wavelength impedance matching layer and inserting an unmatching quarter wavelength acoustical layer between the rear face and backing material.A heavy backing would degrade the wide-band phenomena,but show a time duration shorter than 0.5 μs for imaging applications.PSPICE code of the controlled source model is implemented to precisely predict the performance of the matched transducers such as impedance,insertion loss,bandwidth and duration of the impulse response.Good agreement between the simulation and experimental results has been achieved.     

Piezoelectric transducer parameter selection for exciting a single mode from multiple modes of Lamb waves

Excitation and propagation of Lamb waves by using rectangular and circular piezoelectric transducers surface-bonded to an isotropic plate are investigated in this work. Analytical stain wave solutions are derived for the two transducer shapes, giving the responses of these transducers in Lamb wave fields. The analytical study is supported by a numerical simulation using the finite element method. Symmetric and antisymmetric components in the wave propagation responses are inspected in detail with respect to test parameters such as the transducer geometry, the length and the excitation frequency. By placing only one piezoelectric transducer on the top or the bottom surface of the plate and weakening the strength of one mode while enhancing the strength of the other modes to find the centre frequency, with which the peak wave amplitude ratio between the S0 and A0 modes is maximum, a single mode excitation from the multiple modes of the Lamb waves can be achieved approximately. Experimental data are presented to show the validity of the analyses. The results are used to optimize the Lamb wave detection system.     

退火工艺对含Ti-Al阻挡层的硅基Pb(Zr_(0.4),Ti_(0.6))O_3铁电电容器结构和性能影响的研究

应用非晶的Ti-Al薄膜为导电阻挡层,采用射频磁控溅射法和溶胶-凝胶法在Si衬底上制备了La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3/Pb(Zr_(0.4),Ti_(0.6))O_3/La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_3/Ti-Al/Si (LSCO/PZT/LSCO/Ti-Al/Si)异质结,研究了550 ℃常规退火(CTA)和快速退火(RTA)工艺对LSCO/PZT/LSCO/Ti-Al/Si结构和性能的影响.实验发现非晶Ti-Al薄膜在经过不同退火工艺后仍具有非晶结构,快速退火6 min的样品具有较好的物理性能.在418 kV/cm的外加电场下,LSCO/PZT/LSCO电容器的剩余极化强度和矫顽电场强度分别为22 μC/cm~2和83 kV/cm.LSCO/PZT/LSCO电容器的漏电行为不依赖于退火工艺,当电场强度低于46.7 kV/cm时为欧姆导电,高于46.7 kV/cm时为肖特基导电机制.     

超声探头的响应特性及暂态回波模型

建立检测系统的数学模型,可以更好地理解超声检测的物理本质。分析了超声波从产生、介质中传播、缺陷耦合以及接收的全过程,将缺陷回波表示为探头响应函数与缺陷响应的时域卷积。利用空间脉冲响应和基尔霍夫近似建立了超声波与平面型缺陷的耦合模型,用大平面试块底面回波和大平面响应进行反卷积求得了探头的响应函数,并详细分析了探头在不同偏置位置时不同大小缺陷响应的特点,发现缺陷回波由直达回波和边缘回波组成,直达回波和边缘回波极性相反,且直达回波的幅值远远大于边缘回波。      

应用于微电容超声换能器的信号处理电路设计*

针对微电容超声换能器的输出信号特征及检测要求,文中设计了换能器的微弱信号处理电路,包括基于跨阻的微弱电流信号检测和多重反馈带通滤波电路。通过搭建水下测试平台,对电路性能及功能进行实际测试,并进行水下测距实验。实验结果表明,该电路可对微电容超声换能器输出的400 k Hz信号进行检测放大与滤波;电路的线性度为0.18%,滤波电路中心频率为396 k Hz,带宽为55 k Hz。该电路可用于CMUT的接收信号处理并应用于超声测距及成像的前端信号处理。     

格子玻尔兹曼方法对不同张角聚焦声束的建模

高强度聚焦超声(HIFU)是一种新型的无创治疗肿瘤新技术,其中换能器声场数值计算能够为HIFU治疗提供重要的依据。传统非线性KZK和SBE模型广泛应用于换能器声场数值计算,但依然存在某些不足。我们采用一种介观尺度的新型流体力学方法,即格子Boltzmann方法(LBM),基于2维9离散速度(D2Q9)格子构建了轴对称多弛豫参数LBM模型,并通过调节弛豫参数分析其对模型的影响;利用该模型对两个具有不同张角的球面聚焦换能器的声场进行数值模拟,并与KZK和SBE模型的计算结果进行比较。结果表明LBM模型能够很好地描述超声波的激发和传播机制,从流体力学的角度描述聚焦声场的分布,具有清晰的物理意义,且计算过程不受换能器张角的限制,在换能器声场的理论分析和模拟计算及其在HIFU治疗中的应用有着积极的意义。      

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。