厚度模压电换能器应电压的特性分析

在文献[1]中,我们曾经讨论了厚度模压电换能器在受到外电源的激励时直接产生的瞬变电压。曾指出这个电压同换能器接收超声信号时显示出的始脉冲宽度有直接联系,因而也和检测盲区的大小有直接联系。根据一维理论,这个应电压近似地是衰减的高频振荡,其频率接近于换能器所辐射声压的频率,叠加在一个指数曲线上,指数曲线系起源于外加瞬变电压对换能器钳定电容的充电。
本文给出了在阶跃电压的激励下具体计算应电压的步骤,并分析了几项结构参量对应电压的各自影响。理论采用了梅森（W.P.Mason）等效电路模型。这些参量是:（1）负载或背衬材料的声阻抗率,（2）压电片的机械Q值,（3）刚玉保护膜的厚度,（4）并联线圈的电感。
理论计算结果表明:
（1）在轻负载或轻背衬时,高频振荡部分大而拖长;在重负载或重背衬时,则这部分小,并且较快地衰减。
（2）对于同一种压电陶瓷,当约Q<100,降低Q值会减小高频振荡部分的幅度,而当约Q>100,改变Q值并不显著地影响高频振荡。
（3）在轻负载的条件下,增加保护膜的厚度会加大高频振荡的幅度;在重负载的条件下,当负载的声阻抗率匹配或接近匹配压电陶瓷时,保护膜对应电压的影响不明显。
（4）从并联电感的初步探讨结果看,值得进一步研究加联电学元件的效应。
当压电材料为PT陶瓷时,关于改变负载或背衬声阻抗率的理论计算结果,为实验所证实。但当压电材料为PZT-5陶瓷时,应电压中出现了一个附加的、理论所没有预计的、不规则低频振荡部分,可能是对这种压电材料,一维假定已不能适用,这个问题有待进一步分析。     

应崇福院士90生辰学术报告会论文超声检测用压电换能器瞬态特性可控可调

超声检测用压电换能器瞬态特性主要包括瞬态空间响应和瞬态时间响应.本文通过调整控制换能器和激励源,实现瞬态空间响应和瞬态时间响应的某些特性的可控可调.其中包括在空间响应方面消除边缘波以获得平行声束和消除平面波以获得聚焦绳声束;在时间响应方面,调整换能器的背衬阻抗以获得可调首次波幅比和调整换能器结构和激励电信号以获得任意检测信号等.     

Decomposition of the Two Lowest Lamb modes in a Bonded Plate

Based on the expression of the dispersion equation of Lame waves in an adhesive two-layered plate pressented in our proevious paper [Chin,Phys,Lett,18(2001)1483],the two lowest Lamb modes,the symmetric mode S0 and the antisymmetric mode A0 are successfully decomposed in the low-frequency regime,Relations between the rigidity of the bond and the velocity of the two Lamb modes are found,which lay a foundation for the estimation of the bond rigidity of the adhesive plate.The influence of the variations of the bond rigidity in terms of the stiffness constants KN and KT of the spring model on the velocity of the two Lamb modes in discussed and numerically evaluated.numerical results indicate that the deterioration of the bond rigidity causes the phase velocity decrease for Lamb modes of the two lowest order,thus having a possibility for the evaluation of the bonding state of the adhesive plate by using ultrasonic wave velocity measurement.     

用自适应滤波解卷积进行缺陷类型识别

提出了超声缺陷散射回波信号的卷积模型和缺陷散射回波信号的自适应滤波解卷积方法。对一给定系统的模拟,进行了解卷积效果分析.通过解卷积,能够减弱其它因素的影响,突出缺陷的类型(形状)和大小信息。通过对横穿孔、平底孔、球孔和长方孔缺陷的共18个样品的回波信号进行解卷积处理,实现了带棱边的平面与光滑曲面──自然缺陷二要素的类型识别。     

多层粘接结构中脱粘界面的人工神经网络余弦变换谱特征识别

针对钢-橡胶多层粘接结构中界面脱粘的超声检测难题,利用余弦变换(DCT)提取的表征检测信号的模式特征矢量,通过人工神经网络模式识别方法对不同界面脱粘时实验检测信号的正确识别,实现了脱粘一、二、三和四界面的检测。本文脱粘界面信号模式的人工神经网络识别系统对现代工业中NDT&NDE的自动化有着积极的意义。     

固体板中SH板波非线性效应的实验观察

采用微扰近似和导波的模式展开分析方法,从理论上简要分析了SH板波的二次谐波发生效应;尽管在无限大固体介质中单个切变波的二次谐波发生效应非常微弱,但在一定条件下由两个切变波构成的SH板波可具有强烈的非线性效应;本文的主要工作就是对此结论加以实验验证。试制了激发SH板波的切变波斜劈换能器和接收二次谐波信号的液体斜劈换能器,建立了非线性SH板波的实验研究系统;通过详细的理论分析和对比实验研究,阐明了在一定条件下实验观察到的显著二次谐波信号来源于SH板波传播过程中的强烈非线性效应。此外,针对不同的SH板波传播距离,在远场条件下分别测量了相应的二次谐波幅频曲线;在基频SH板波与二倍频对称兰姆波相速度相等所对应的频率值附近,分析了二次谐波的振幅随传播距离的变化关系,结果证明在一定条件下SH板波的二次谐波振幅可随传播距离积累增长,即SH板波可具有强烈的非线性效应。     

电磁超声界面回波瞬时图谱分析与神经网络识别

针对钢板背后多层橡胶粘接结构,选择较佳实验频率值作为电磁声换能器的激励源频率。提取了检测回波的瞬时振幅、瞬时相位和瞬时频率三种瞬时参数,将瞬时参数构成三维瞬时图谱定性识别不同粘接状态。将敏感时间窗内的平均瞬时参数组成特征向量,利用BP神经网络进行识别,对训练集与测试集的识别结果表明,该方法可以实现电磁超声界面回波的自动识别与分类,识别正确率不低于95%。     

检测声学应如何面对时代的发展

检测声学是以声波作为载体,采集信息,在不损坏被检对象的情况下,探测其内部的缺陷或目标,测量其物理和力学性质,分析其组织结构作媒质的质量评价等.它是工业上的医生,资源勘探的侦察兵,探索物质结构的利器.声学检测涉及到几乎所有各个工业部门,已成为这些部门中为保证质量、保证安全、保证效益的一种不可缺少的技术.作为一门专业技术,它所涉及部门之广,领域之深,对工业发展和国防建设影响之大,不可代替作用之独特,是一般的其它专业技术无法与之比拟的.这样一个重要的学科和技术,在我国经济高速发展中,检测声学学科和声学检测技术应该是大发展的有利时机.     

子带自适应滤波在层状介质脱粘超声检测中的应用

高声阻抗下低声阻抗的脱粘检测一直是超声检测领域中的难题。文章针对钢层下橡胶层分层信号,互相关最大为准则,采用小波包子带分解自适应滤波方法提取橡胶层脱粘的二界面信号,给出了仿真信号和实验信号的处理结果,显示了该方法的有效性和可行性。     

中科院声学所超声室生产复合材料等超声换能器

中科院声学所超声研究室的换能器研究,曾获得中国科学院重大成果一等奖和国家自然科学奖,在国内外有较大影响．在理论研究的基础上,研究室近年来推出超声检测用换能器系列产品,其中包括气介式检测、液浸式检测和固体耦合式检测几大类换能器．每一类中又有特殊的空间响应和时间响应探头和常规探头,频率一般在几千赫至100兆赫．使扶探头：．高灵敏度窄脉冲探头（灵敏度和相对带宽普遍高于市场商品探头6－20dB）．无旁瓣高斯探头．平面接触绳声束聚焦窄脉冲探头（专利产品）．首次波幅度比大于1的测量探头．直接耦会横渡直探头．有信号处…