压电陶瓷发射换能器的瞬态抑制

提出了一种针对压电陶瓷发射换能器的瞬态响应的抑制方法。该方法通过对发射信号的控制,即发射的信号是在原有的信号上叠加若干消影脉冲,抑制换能器的输出瞬态响应的影响,从而实现窄带换能器发宽带信号的目的。分别用正弦脉冲和调相脉冲进行了实验,实验取得了和理论较为一致的结果,均很好地抑制了瞬态响应对发射波形的影响。     

压电陶瓷换能器宽带匹配特性分析

对压电陶瓷换能器的宽带匹配特性作了全面的分析表明:在不添加全通函数情况,Butterworth匹配定理涵有最低中心频率最大带宽和最大增益带宽乘积的优良匹配特性;当参数σ<0.252时,在最低中心频率和最大增益带宽准则下,在电路中添加全通函数是无益的。     

压电换能器的动态匹配

本文用合振荡的原理对太电换能器的匹配问题进行了分析，提出了一种关于匹配的新概念－动态匹配，强调了效率在匹配中的重要性。     

非线性工作状态压电换能器匹配技术

针对压电换能器在大功率下存在复杂非线性而导致匹配参数难以优化的问题,以大功率超声金属焊接为例,通过采集测试焊接过程换能器两端电压的幅值与频率,建立换能器反谐振电阻与驱动电压有效值、频率之间的数学模型;提出基于反谐振电阻模型的最优功率匹配方法,推导了匹配电感电容的计算公式。最后实验验证了数学模型的准确性,且当换能器输入功率在最优功率附近时,匹配网络电能传输效率最高。     

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。     

反铁电相变陶瓷低频发射换能器

在具有高阶形式的广义压电方程基础上,讨论掺镧改性锆锡钛酸铅PbLa(Zr,Sn,Ti)O3(PLZST)反铁电相变陶瓷的非线性机电耦合问题,得到类似传统线性压电方程的近似线性电致伸缩方程,给出了一种解决非线性反铁电相变陶瓷换能器电声转换问题的分析方法,即在直流偏置状态下对PLZST反铁电相变陶瓷的材料参数进行近似线性等效化处理进而分析换能器的电声转换问题.在此基础上,研制了水中谐振频率1.1 kHz新型反铁电相变陶瓷低频弯张换能器.湖上试验结果表明,与同结构同尺寸压电陶瓷弯张换能器相比,目前反铁电换能器样品的发射电压响应约高3dB,声源级高出9dB,并验证了本文所提出的分析非线性反铁电相变陶瓷换能器方法的正确性.     

多匹配层空气耦合压电超声换能器*

该文针对超声无损检测与成像功能空气耦合换能器开展了分析计算和研制。为解决压电材料与空气间巨大的阻抗失配问题,进行了多匹配层设计,并基于有限元技术仿真设计了1-3压电复合材料参数。借助复数压电方程,导出考虑损耗的多匹配层压电复合材料换能器厚度振动等效电路,获得其等效导纳,以此计算电导谱,同时基于有限元技术数值计算相应电导谱,二者有较好的一致性。在此基础上分别设计制作复合压电材料,多匹配层材料以及由此构成的空气耦合超声换能器。换能器的实测电导谱与数值仿真结果一致。进一步的换能器回波信号测试及其谱分析结果表明,所研制的160 k Hz中心频率空气耦合换能器样品有较好灵敏度和带宽。这些结果说明,该文研制的空气耦合超声换能器的初样是成功的。     

基于数字电感的压电换能器动态匹配的研究

本文用实验的方法叙述了压电换能器的静态夹持电容随温度变化的特性,以及引起匹配质量下降的问题。提出了一种关于匹配的新概念－数字电感动态匹配,使匹配电感跟随静态电容的变化,从而提高匹配质量,实验结果表明,这种动态匹配方法是行之有效的。     

压电复合材料换能器

压电复合材料是将压电陶瓷与聚合物材料按一定的连通方式、一定的体积百分比和一定的空间分布复合而成的。它可以提高材料的某些压电性能,并具有常用压电陶瓷材料所没有的某些优良性能。在过去的十几年中材料研究者们做了大量工作并取得实用性进展。     

同时发射和接收纵波和横波的压电复合材料换能器

通过控制压电复合材料中压电相的分布形式，本文具有在百度模振动的１－３型压电复合材料和具有扭转模振动的拼接２－２型压电复合材料组合在一起，构成一种混俣模式压电材料，并测试了这种压电材料晶片的性能参数，使用这种晶片作的换能器可以根据使用者的要求，单独产生纵波或横波，也可同时产生这两种波。     

A theorem on Butterworth matching for piezoelectric ceramic emission transducer

A theorem on Butterworth matching for piezoelectric ceramic emission transducer is presented and proved.The complicated problem of broad-band matching is changed to a simple arithmetical one due to explicit formulas of the theorem.It is shown in an example that after matching,bandwidth of the transducer increases remarkably while the power gain is close to 1.     

The transient suppression for piezoelectric ceramic emission transducer

A transient suppression method for piezoelectric ceramic transducer is presented. By adding some special pedestal pulses to the original transmitted signal, the transient effects in the output of the transducer can be just precisely transmission by use of a narrowband transducer. canceled, thereby achieving the broadband The experimental results show that the transient responses of the sinusoid pulses and coded signals are suppressed successfully and the acoustic waveforms radiated into the surrounding water are improved significantly.     

Analysis of characteristics of broadband matching for piezoelectric ceramic transducer

Characteristics of broadband matching for piezoelectric ceramic transducer are fully analyzed. It is stated that in the case of without an all pass function, good matching characteristics of maximum bandwidth and gain-bandwidth product are implied in the Butterworth matching theorem. If the parameterσ< .252, it is not helpful to add an all pass function to the circuit following the rule of minimizing center frequency and maximizing gain-bandwidth product.     

压电换能器阻抗匹配技术研究

超声测距传感器是由压电换能器及其收、发电路所组成的，其中压电换能器的阻抗特性直接影响着超声测距传感器的性能。为提高超声波回波信号的强度，扩大超声测距传感器的作用距离，对压电换能器的阻抗特性进行了分析与测试，设计了压电换能器的阻抗匹配电路，并进行了实验验证。     

A 2D equivalent circuit of piezoelectric ceramic ring for transducer design

In this paper a 2D equivalent circuit of longitudinally polarized piezoelectric ceramic rings is established, which is obtained as an approximated analytical solution of 3D constitutive equations in the hypothesis of axial symmetry when the shearing stress and torsion are ignored. The mechanical part of the equivalent circuit can be divided into two branches; one branch characterizes the longitudinal extensional vibration, the other represents the radial vibration. The two branches, which are coupled to an electrical port by two transformers separately, mechanically couple to each other by some mechanical impedance at the same time. Similar circuit is also presented when piezoelectric disk is concerned. Based on this model it is able to compute all the relations between the input applied voltage and the output forces and velocities on every external surface analytically. Compared with the 1D equivalent circuits, the 2D equivalent circuit gives a more comprehensive predicts of the thickness and radial modes with sufficient accuracy when the ring or disk is thin. When the ring or disk is so thick that the 1D theory is not validated, an effective predict of the coupled vibration can also be presented. Comparisons with the experimental results show this model is rather accuracy in frequency calculation.     

铌酸钾钠基无铅压电陶瓷纵振换能器*

高性能环境友好型无铅压电陶瓷及其应用是当前压电材料研究的热点之一,为了探究其在水声换能器领域的应用潜力,该文对铌酸钾钠基无铅压电陶瓷和锆钛酸铅压电陶瓷纵振式换能器进行了对比研究。依据仿真结果优化结构尺寸,制作了两种换能器样机并测试了其在空气中和水中的电声性能。测试结果表明,铌酸钾钠基无铅压电陶瓷换能器的谐振频率为35kHz,最大发送电压响应为 151dB,声源级可达 190dB,在 26kHz~67kHz 的频率范围内发送电压响应的起伏不超过±4.5dB,谐振频率处-3dB 的指向性开角约为 76°。该无铅压电陶瓷换能器具有和锆钛酸铅压电陶瓷换能器相当的发射性能,有望推动无铅压电材料在水声换能器领域的应用进程。