夹心复合PZT材料及其应用

本文主要描述致密-多孔-致密夹心复合PZT材料及其在窄脉冲超声换能器方面的应用。通过两类六种不同夹心复合材料的换能器实验表明,未充硅橡胶的夹心复合材料是一种制作窄脉冲超声换能器的新型换能材料。     

面向水下应用的电容式微机械超声换能器*

电容式微机械超声换能器具有宽频带和易于制造二维阵列等优势,已经成为一种重要的新型超声换能器。该文针对图像声呐系统对新型超声换能器的迫切需求,提出了一种电容式微机械超声换能器结构和参数,并利用硅微加工技术制备出了该换能器,最后对其主要性能参数进行了测试和分析。测试结果表明该换能器具有发射和接收超声波的功能,中心工作频率为1.965 MHz,6 dB相对带宽达到109.4%,在1 MHz、2 MHz和3 MHz频率时的接收灵敏度分别为-218.29 d B、-219.39 dB和-218.11 dB。该文研制的电容式微机械超声换能器显示出了优秀的宽频带特性,且工作频率和接收灵敏度性能均基本满足了高频图像声呐系统的需求。     

功率超声换能器辐射声功率的激光干涉测量

利用激光干涉仪,绝对测定超声换能器表面的振动位移并由此而确定超声换能器的辐射声功率,对一增幅杆型的超声换能器辐射声功率测量的实验结果表明,在本文的声功率测量范围内,空化对换能器表面的振运移测量影响不大,而且该换能器的电声功率转换效率经实验测定可达到０．４０。     

超声换能器并联谐振频率的复合式跟踪方法研究

为了使超声换能器适应变化比较剧烈的负载,本文通过分析超声换能器在并联谐振频率附近工作时的频率特性和实际需求特点,利用变压器初级匹配方法得到了更好的频率特性,并对比了换能器空载和带负荷情况下的阻抗特性曲线,提出了复合式自动频率跟踪方法,空载时找到超声换能器最小电流的对应的频率点,加载过程中利用比例积分微分算法实现频率的快速跟踪。并对超声换能器在不同负载时的功率输出进行了实验,结果表明,复合式频率跟踪方法可以稳定地跟踪到超声换能器的并联谐振频率,能实现超声换能器的功率自调节,对提高换能器的工作效率和负荷适应能力具有实际的指导意义和应用价值。     

超声内镜换能器的应用进展

超声内镜集结了超声检查与内镜检查双重功能,可以获得腹部和胸腔内器官的高质量图像,是一种先进的医疗设备。超声内镜探头的核心部分是超声换能器。超声内镜检查需经过狭窄的消化道或内窥镜的活检通道伸进体内,由于工作环境的限制,超声内镜用换能器与普通超声成像换能器相比,工作频率更高、尺寸更小、制作工艺更精密。本文从超声内镜所用换能器的外形结构、内部组成、工作模式及材料等角度,对目前国内外超声内镜换能器的应用进展情况进行了描述,并根据超声内镜换能器的现状对未来的发展趋势进行了分析。     

多基元聚焦空气耦合超声换能器*

文中针对空气耦合超声换能器及其在表面缺陷检测中的应用开展了研究。选用1-3型压电复合材料及双匹配层结构来实现超声换能器压电材料与空气之间声阻抗的逐渐过渡,提高压电材料/空气界面的声能量透射率进而提高空气耦合超声换能器的灵敏度。在此基础上研发制作了440 kHz多基元聚焦空气耦合超声换能器,并对其性能进行了测试。其焦距、焦宽及焦深分别为41.44 mm、1.14 mm和20.30 mm,灵敏度和带宽分别为-50 d B和20.2%。测试结果表明该空气耦合超声换能器具有优良的性能,利用该超声换能器可以有效检测材料表面缺陷。     

基于超声相控阵的环焊缝缺陷检测方法研究

针对传统超声探头焦距固定,检测位置的改变就要更换相应焦距的探头而影响检测效率的问题,提出一种基于超声相控阵换能器的环焊缝缺陷检测方法。而超声相控阵具有电子偏转和电子聚焦特性,能在不移动的情况下发射偏转聚焦超声束,有效地解决了上述问题。首先基于超声相控线阵换能器的声场特点,采用数值分析方法,研究了影响声束偏转聚焦性能的几个主要参数。然后给出了与超声相控阵换能器相连接的多通道数据采集系统结构。介绍了单通道声信号的硬件结构及相应的信号处理方法,实现了对换能器中单个阵元的精确延时的控制。实验结果表明,优化设计的超声相控线阵换能器具有较高的检测精度和检测效率。     

功率超声振动系统及其应用的发展

功率超声如同超声学的其他分支学科一样,由于它在技术上具有某些独特的优点,所以近年来发展迅速,应用范围也越来越广泛。 功率超声处理技术主要包括:超声清洗,超声塑料及金属焊接,超声搪锡,超声加工;超声乳化、粉碎、分散、雾化、提取、凝聚;超声加速干燥、过滤,超声金属成形,超声处理种子,超声治疗和外科术等.本文着重介绍功率超声换能器振动系统及其在某些领域中应用的发展情况。 一、换能器、变幅杆振动系统1.功率超声换能器 超声处理用的电声换能器,按其材料分类,主要有两类:一类是压电换能器,其特点是电声转换效率高,采用夹心式结构可…     

光弹法测量超声换能器声场

超声换能器声场的测试对于超声检测具有基础性作用,而传统的超声换能器声场测试方法具有一些局限性。本文介绍了搭建的动态激光光弹实验平台,并利用动态光弹法测量了纵波换能器和横波换能器辐射声场的特征,由瞬态声场图像获得了传声介质的声波速度及超声换能器的中心频率;由稳态声场图像获得了声场的近场长度、指向性和扩散角等参数;分析了光弹实验系统和测量方法可能引起测量误差。本文结果表明动态光弹法是一种有效的定量测量超声换能器声场的方法。     

直线微动马达箝位超声换能器(PGUT)研究

本文提出一种用于超声微动直线马达的环形三叠片压电箝位超声换能器(Position-Cripped Ultrasonic Transducer,简称:PGUT)。其原理是利用换能器的超声振动产生的表面效应,来实现直线微动马达的箝位或松位。本文给出了这种换能器的共振频率、有效机电耦合系数及实验结果。实验结果表明,PGUT 能迅速、平稳的执行箝位、松位动作,并且具有低工作电压驱动相似文献   

能提高超声检测分辨率的新探头

为了提高无损检测的分辨率,超声换能器必须能产生很短的脉冲,并且在整个声场范围内保持确定不变的波形.本文讨论了这种换能器的理论基础、制作方法和运用情况.脉冲回波检测法的一个发展方向是宽带换能器的使用.这种换能器可以产生很短的超声脉冲,因而可以提高目标距离的检测精度,也可以满足运用频谱法定性对换能器的要求.要分析用宽带换能器得到的回波信号,必须了解暂态声场的结构.而常用的稳态声场理论不能直     

球形腔聚焦换能器的非线性声场建模

球形腔聚焦换能器是一种特殊形式的聚焦换能器。为理论证实球形腔聚焦换能器能突破传统超声聚焦在聚焦精度和聚焦增益上的限制,采用Westervelt非线性方程并结合时域有限差分法,建立了球形腔聚焦换能器的非线性声场的数值模型。数值计算了直径为120 mm的0.6 MHz球形腔聚焦换能器的非线性声场,并与传统球壳形聚焦换能器进行了对比。当激励声压为100 kPa时,球形腔聚焦换能器与同尺寸壳形聚焦换能器相比,焦点正声压增益提高约8.5倍,且焦域精度更高,-6 dB聚焦区域在z方向减小约20倍,达到次波长尺度。研究表明球形腔聚焦换能器在高强度聚焦超声精细治疗上具有潜在的应用前景。      

超声全息应用大面积石英换能器的显像研究

液面法超声全息显像技术,以它能实时、动态地显示生物体软组织和材料内部缺陷的特点,得到了人们的广泛重视。作为声源的换能器,又是整个装置的重要部件。随着科学技术的发展,又需解决观察和研究宏观组织内部的细微结构。采用压电陶瓷材料作为超声换能器,它的分辨率和可见视野都受了很大的限制,应用石英晶体材料作为换能器,在超声全息显像研究中,能得到高分辨率、大视野的图像。     

基于NI ELVIS的超声换能器参数测量系统设计

为了满足超声换能器快速筛选的要求,在对超声换能器参数导纳圆法测量原理进行分析的基础上,利用NI ELVIS平台搭建了一种结构简单的超声换能器参数测量系统。采用点频法实现高精度、快速的导纳测量,采用最小二乘法拟合得到导纳圆,进而完成超声换能器诸参数的计算。基于LabVIEW软件平台编写了相应的软件系统。针对40 kHz超声换能器的测试表明,所设计的超声换能器参数测量系统精度高、处理速度快,且结构简单、便于使用。     

超声技术的基石——超声换能器的原理及设计

超声换能器是在超声频率范围内将交变的电信号转换成声信号或者将外界声场中的声信号转换为电信号的能量转换器件,它是超声技术中的关键器件,其性能好坏直接关系到超声应用技术的效果和使用范围.由于超声技术的应用范围很广,且超声新技术层出不穷,因而与此对应的超声换能器的种类也很多.文章对不同应用背景下多种类型超声换能器的原理及设计进行了阐述,分析了不同类型超声换能器的性能参数及设计要求,简要总结了超声换能器的性能参数测试方法,并对超声换能器的发展趋势进行了一定的分析.     

夹心式压电换能器的参数对有效耦合系数的影响

夹心式压电换能器(或称组合式换能器,或称郎之万换能器)早已广泛应用于水声和超声领域。但是对它的最佳设计理论探讨的并不充分。有人曾实验研究过夹心换能器中压电片的位置对换能器Q值的影响。我们现在将探讨换能器参数对换能器另一重要性能指标—— 有效耦合系数K_(eff)的影响。     

磁致伸缩超声换能器阻抗匹配网络的设计

根据磁致伸缩超声换能器的等效电路模型和阻抗匹配理论,该文设计了一种优化的π型匹配网络.该网络具有调谐、变阻和滤波的功能,适用于工作在中低频超声频率范围内的磁致伸缩超声换能器系统的阻抗匹配.仿真和实验结果表明:接入该π型阻抗匹配网络后,驱动电源与换能器之间实现了最大功率传输,换能器两端电信号的波形质量得到优化,换能器激励...     

耐γ辐射匹配层的制备及其在超声换能器的应用*

超声换能器是超声无损检测系统的核心器件。匹配层作为超声换能器的重要组成部分,能减小声阻抗失配造成的声能损失,提高换能器能量传输效率。传统超声换能器由于匹配层等有机材料在射线辐照条件下引起化学键断裂而失效,从而影响检测的准确性。为了研制高性能耐辐射超声换能器,本文选择具有良好耐辐射性能的双酚A型环氧树脂作为基体,氧化铝陶瓷粉末作为无机填料,制备了不同氧化铝含量的匹配层(0%～80%),研究了该系列匹配层样品经过γ射线辐照后的颜色、密度、声速、声阻抗和声衰减的变化情况。随着辐照剂量的增加(0～1000kGy),样品的颜色逐渐加深,密度几乎保持不变;声速,声阻抗和声衰减略有提高。基于该匹配层,研制了中心频率9MHz的超声换能器,换能器辐照前后信号变化不大,表明该系列匹配层在较大剂量辐照下仍然具有良好的声学性能,是较为优异的耐辐射匹配层材料,具有较好的应用前景。     

四激励二维正交复合夹心式压电超声换能器的设计

提出了一种四激励二维正交复合夹心式压电超声换能器,换能器由四组纵向极化压电陶瓷晶堆、一个中心耦合金属块和四个外部金属圆锥组成。基于二维耦合振动机理和机电类比原理,建立了换能器的等效电路模型并推导了其谐振频率方程。利用有限元软件仿真分析了四激励正交复合换能器的频响特性和振动特性,并与其单独一个方向振子的振动特性进行了对比。加工了反相和同相模态的换能器,利用阻抗分析仪和激光测振仪测试了其频率响应和二维四向纵振动输出特性,并进行了大功率二维四向超声乳化实验测试。理论、仿真和实验结果表明:换能器具有反相和同相两个纵向正交共振模态,在这两种共振模态下均可实现二维四向纵振动输出,且换能器两个正交方向振子的纵向振动具有相互耦合加强的作用;等效电路法和有限元法所得换能器的共振频率和有效机电耦合系数与实验测试结果吻合,通过与单激励正交复合夹心式压电超声换能器的有效机电耦合系数对比,发现该换能器具有更高的有效机电耦合系数。     

超声换能器温度压力特性及回波谱校正

文章根据超声换能器的梅森等效模型，对换能器传输函数的温度、压力特性进行了数值模拟和实验分析．理论和实验研究结果表明超声换能器传输特性会随温度压力的变化发生改变．为此，本文提出了一种消除换能器温度压力特性影响的回波幅度谱校正方法，并进行了理论计算和实验验证。结果表明该方法具有良好的有效性和实用性。