宽光谱AOTF匹配网络对光谱衍射效率影响的研究

基于声光可调滤波器(acousto-optic tunable filter,AOTF)光谱成像分析仪在可见至红外光谱的多个谱区内广泛应用,对AOTF的光谱带宽及衍射效率提出了更高的要求。超声换能器作为AOTF的核心部件,其3 dB工作带宽决定AOTF的光谱衍射范围,故在同一声光介质上制作两片厚度不同的换能器来提高AOTF光谱带宽。由于超声换能器在不同频率下具有不同的输入阻抗,当驱动信号源输出阻抗与超声换能器输入阻抗失配时会产生能量损耗,导致无法把功率最大限度的传递给超声换能器,从而使AOTF光谱衍射效率降低,影响光谱成像清晰度。通过射频电路先进设计系统(ADS)仿真及实验测试,设计了一种新型宽带阻抗匹配网络,在60～200 MHz带宽范围内,阻抗匹配网络功率效率达到90％以上,光谱衍射效率最高达90％,提高了在420～1 150 nm波段内的光谱灵敏度。     

氢气/丙烷/空气预混气体爆轰性能的实验研究

通过采用压力传感器和烟灰板两种测试设备,开展了常温常压下氢气/丙烷和空气混合气体爆轰性能的实验研究。实验过程中观察到自持爆轰波,爆轰速度比值在0.99~1之间,爆轰压力比值在0.8~1.2之间。爆轰胞格尺寸在10~50 mm范围内,建立了爆轰胞格尺寸和化学诱导长度的关系式。随着丙烷不断添加,爆轰速度减小,而爆轰压力和胞格尺寸增加。这种变化趋势起初较快,而后变缓。因为起初氢气摩尔分数较大,混合气体趋向于氢气/空气的爆轰性能;而后因丙烷摩尔质量较大,丙烷逐渐起主要作用,混合气体表现出丙烷/空气的爆轰性能。     

快速退火对PZT铁电薄膜结构的影响

采用射频磁控溅射方法在Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备出(PZT)铁电薄膜,在550℃、600℃、650℃、700℃几个温度下对薄膜进行了快速退火热处理,并在退火处理后用X射线衍射、原子力显微镜和热释电系数测试系统研究了PZT铁电薄膜的薄膜结构、表面形貌及热释电性能.在650℃快速退火后,PZT铁电薄膜已经形成较好的钙钛矿相结构,并获得了较好的热释电性能,热释电系数达到1.5×10-8C·cm-2·k-1.     

压电陶瓷非线性对大功率换能器结构参数匹配影响的计算分析

在Guyomar非线性模型基础上,通过机电等效法将晶堆前向负载作为等效质量和阻尼加入振动方程的质量项和阻尼项,推导了换能器振速、辐射声压级和谐振频率偏移率等表达式,计算分析了压电陶瓷非线性参数和结构参数对换能器声辐射性能的影响,研究了压电陶瓷的非线性对换能器结构参数匹配的影响。结果表明,换能器节面靠前,前盖板厚度越小,前盖板大径越小,都可以减少压电陶瓷非线性引起的换能器频率偏移。当设计频率确定时,压电陶瓷处于非线性工作域的换能器的结构参数有所减小。换能器加入辐射端匹配后,可以改善压电晶堆前向负载匹配,降低换能器的谐振频率偏移率。换能器激励电流也会出现频率偏移现象。在提高换能器激励电压时,换能器的结构参数应适当减小。得到的结论可为换能器设计提供理论依据和帮助。     

超声测距变结构控制系统的研究

本文在超声测距系统中采用了变结构控制理论，根据所测物体的反射界面和介质性质，自动调节超声波发射换能器的功率，建立了超声测距系统的数学模型，对系统方程进行了理论分析，研究了变结构控制系统的设计方法，并结合应用实例，对钻井法凿井用超声波测井仪中超声测距系统进行了计算机仿真，并在实验室进行了实验。     

Study on aerosol agglomeration using the airborne ultrasonic transducer

Acoustic agglomeration technology use high-intensity acoustic field to make aerosol particles collide and condense rapidly. Existing studies have shown that 70%–90% of fine particles can be eliminated within minutes using compression drives and air-jet generators. Currently, there are limitations to the sound sources used. In this paper, an airborne ultrasonic transducer with a resonant frequency of 15 kHz is designed, followed by the corresponding numerical simulation and experiments for the evaluation of the vibration modal and sound pressure field. The sound pressure levels (SPL) of the open space and the agglomeration chamber can reach 150 dB and 156 dB, respectively. The agglomeration effect of water droplets, liquid phase smoke, solid phase smoke and mixed smoke is experimentally investigated, and the light transmittance rapidly increases from 8% to 60% within 4 s, 8 s, 5 s and 6 s, respectively. Agglomeration is also effective in the high-frequency range, and we infer that the acoustic wake effect is the predominant mechanism. The elimination effect is promoted with the increasing of SPL until the corresponding secondary acoustic effect is enhanced. Moreover, the agglomeration rate of higher concentration aerosol is significantly better than that of diluted aerosols in ultrasonic agglomeration process.     

单侧外部驱动弯张换能器

本文设计、制作了一种单侧外部驱动的弯张换能器，并利用有限元分析软件ANSYS构建了有限元模型，对换能器的电声参数进行了预测，计算结果与实验结果吻合较好。实验测得换能器的最大发射电压响应级为142dB，如果将发射电压加到1200V，换能器的最大声源级预计可达203dB。