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。     

空气耦合超声检测复合材料研究综述*

复合材料普遍具有高比强度、高比刚度、高模量、耐腐蚀等优异性能,广泛应用于飞机机翼、导弹外壳、航空发动机壳体等部位。制造和服役过程中各类缺陷影响复合材料的力学性能和服役性能,必须采用有效的方法准确检测和评估复合材料中各类缺陷。空气耦合式超声检测具有完全非接触、非侵入、无损伤和无需耦合剂的特点,能够很好地运用于复合材料的在线和在位检测。该文就近年来空气耦合超声检测技术的研究现状进行了系统综述,简明扼要地分析和介绍了当前空气耦合超声检测的研究热点及进展,重点介绍了1-3型压电复合材料换能器、信号处理技术、相控聚焦式空气耦合超声检测、超声在复合材料的传播特性及其与缺陷交互作用的研究现状,探讨了空气耦合超声无损检测技术与仪器的发展方向,总结了目前空气耦合超声检测的研究热点问题,最后展望了空气耦合超声检测的发展趋势和应用前景。     

空气耦合电容式微超声换能器设计

建立了空气耦合电容式微超声换能器(CMUT)的理论方法,分析CMUT各个结构参数对其性能参数的影响。根据理论分析结果结合无损检测应用背景设计了一个由16个阵元构成的CMUT阵列,并采用SOI晶圆键合工艺制作。该阵列每个阵元包含16个圆形CMUT敏感单元,敏感单元的半径400μm,中心频率230 kHz。建立CMUT发射和接收瞬态仿真模型分别得到CMUT发射声压和接收灵敏度与激励电压的关系,并通过实验测试验证该仿真模型的准确性。最后通过实验对CMUT与商用压电空耦超声换能器的性能进行对比,实验结果表明CMUT的发射声压和接收灵敏度与商用换能器达到相同数量级,并且能够成功激发和接收铝合金板中A_0模态Lamb波。     

超声换能器辐射特性的优化*

匹配层和背衬层是换能器的重要组成部分,对换能器特性有重要影响。针对发射型换能器,基于有/无匹配层和空气/树脂背衬两种条件组合,该文研究了匹配层与背衬层对换能器辐射特性的影响。结果表明,负载材料为水时,空气背衬换能器相较于树脂背衬换能器声能辐射效率更高;匹配层可以提高换能器的主瓣能量,抑制旁瓣能量及旁瓣数量。因此,针对发射型换能器的设计,背衬材料的选择应遵循与压电材料的阻抗差异越大越优的原则;匹配层的合理设计不仅可以提高超声换能器的声能辐射效率,还可以提高主瓣旁瓣峰值比,使声能更集中。     

钢轨踏面的空气耦合超声检测方法*

该文针对钢轨踏面浅表面裂纹提出非接触空气耦合超声类瑞利波的检测方法。首先利用半有限元法求解了CHN60型钢轨的振动模式,抽出了钢轨轨头踏面的振动模态结构和频散曲线,并搭建实验系统,根据Snell法则和声源在空气中的声场分布确定了检测参数,最后从理论和实验两方面着手对钢轨踏面浅表面裂纹的有无及裂纹大小进行了实验分析和数值计算,其结果非常吻合,证明了空气耦合超声导波检测方法的可行性和可靠性。     

基于聚焦换能器的超声透射CT技术*

超声透射CT技术能够重建物体横断面的图像,为了重建高质量图像,分别从换能器和图像重建算法两个方面展开研究。分析了弧形线聚焦换能器焦域处聚焦切片尺寸与换能器几何尺寸的关系及其对CT检测的影响。搭建了超声透射CT检测系统,以等角扇形束的扫描方式获取投影数据,并利用滤波反投影和最小二乘正交分解两种算法重建图像,对比发现最小二乘正交分解算法通用性更强,成像质量更佳。实验结果表明,利用聚焦换能器并结合最小二乘正交分解算法对物体进行CT检测,能够取得较好的成像结果,检测分辨力可达毫米量级。     

基于纹理基元的多层马氏链图像分割

多层马氏链图像分割算法在纹理碎片化阶段基于颜色信息实现聚类,用于聚类的特征只包含颜色以及颜色之间的关系,导致最终的分割结果对颜色过度敏感。针对此问题提出基于纹理基元的纹理碎片化聚类方法,将颜色与灰度分布相结合构造为纹理基元,面向纹理基元的聚类分割使碎片结果稳定,避免了因光照等因素导致纹理的误分割。实验证明,改进后的算法分割精度有明显的提高,对于遥感图像分割来说,纹理分割结果的稳定性更高。     

超声多波聚焦及声偏振方向控制方法*

在超声多波聚焦思想的基础上,通过数值模拟计算,分析了时间反转法的多波聚焦特性以及对声场偏振方向进行控制的可行性。结果表明,在待测目标的不同位置处,时间反转法都能够实现多波聚焦的效果,使具有不同传播速度、不同偏振特性的多种声波自适应聚焦。但是,在介质的近表面处,由于受到表面波的影响,多波聚焦声场仍然具有椭圆偏振特性,无法实现声场偏振方向精确控制的目的;而位于介质内部的多波聚焦点受到表面波影响很小,数值计算结果表明此时多波聚焦声场具有线偏振特性,通过改变声源前后两个脉冲的激发幅度和相位,可以控制声场的偏振方向,达到偏振方向扫描的目的。该文的研究为精确检测裂纹方向或界面性质提供一种可能的途径。     

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。     

基于被动波束成像的高强度聚焦超声焦点定位*

针对高强度聚焦超声治疗中实际焦点偏离引导治疗的几何焦点这一问题,本文基于被动波束成像原理,将治疗探头与影像探头联合,探讨一种新的焦点定位策略。首先,基于k-Wave声学软件创建了具有多层组织结构的超声传播模型,通过理论仿真探究了不同脂肪、肌肉厚度条件下被动波束成像方法定位焦点的准确性;除此之外,还通过仿体在实验环境下对该方法的有效性进行了初步验证。结果表明,在不同脂肪厚度的仿真模型中,被动波束合成所定位的焦点和几何焦点在轴向距离上分别与实际焦点平均相差（0.54±0.15）mm和（4.76±0.95）mm。在不同肌肉厚度的仿真模型中,由合成算法定位的焦点和几何焦点在轴向距离上分别与实际焦点平均相差（0.51±0.26） mm、（4.95±0.47） mm。仿体实验也验证了被动波束成像定位的焦点比几何焦点更接近实际损伤位置。本文从理论仿真和实验两个角度验证了被动波束成像方法在高强度聚焦超声焦点定位中的优越性,可为该方法进一步走向临床应用提供支撑,对提升高强度聚焦超声手术治疗的安全性有推动作用。     

Potential double layers in double plasma device

Results of the investigation on the formation of double layers in double plasma device are presented. By appropriate modifications in the biasing conditions, we have been able to obtain both weak (eΔφ<10KT _e ) and strong double layers (eΔφ>10kT _e ) in the device. Unlike previous experiments, we have not been limited to potential jumps equal to ionisation potential of the neutral gas. A detailed investigation has been carried out to find out why earlier experiments in similar devices were limited to only weak double layers. We have also investigated the phenomenon of the so-called psuedo-double layers and have shown that they are potential jumps over the thickness of the order of Debye length and precede plasma expanding with velocity many times the ion-acoustic velocity. They do not represent metastable states of the plasma as suggested by earlier investigators.     

Synthesis of high‐aspect‐ratio,top‐open and ultraflat‐surface TiO2 nanotubes through double‐layered configuration

In this Letter, a novel modified anodization was utilized to synthesize high‐aspect‐ratio, top‐open and ultraflat‐surface TiO₂ nanotubes. The interruption of voltage during anodization leads to the formation of a double‐layered structure. Due to the weak mechanical connection between the upper and the underlying layer, the two parts can be easily detached. Compared with the conventional ultrasonication method to remove the clusters of nanotubes where rough surfaces resulted, this efficient and reliable strategy may facilitate further applications of TiO₂ nanotubes in diverse conditions.

     

空心聚合物微珠/环氧树脂复合材料匹配层空耦式压电换能器

研制了一种厚度模空耦式压电换能器,使用综合考虑材料衰减系数和声阻抗的空耦式压电换能器电力声等效电路理论模型以指导匹配层结构设计和材料选择,选用新型的空心聚合物微珠/环氧树脂复合材料作为声匹配材料,优化设计电阻抗匹配及结构参数。该换能器中心频率为510 kHz,-6 dB频域相对带宽为25.4%,插入损耗为-27 dB。结果表明,使用新型低衰减系数的闭孔复合材料单匹配层设计的该换能器不仅保证了高灵敏度,同时简化了换能器结构,为空耦式压电换能器研制提供了新思路。     

Coherent nonlinear structures in dense electron-positron plasma

It is shown that rarefactive-type double layer structures exist in ultradense electron-positron plasma.For this purpose,an extended Korteweg de Vries equation is derived and solved analytically in the low amplitude limit by employing the appropriate fluid equations.A strong influence of quantum degeneracy pressure of electrons and positrons,quantum diffraction effects and concentration of background positive ions on double layer is noticed.It is also pointed out that the amplitude and steepness of the double layer increases with an increase in ion concentration or ion charge number.The results are examined numerically for some interesting cases of dense plasmas with illustrations.     

GdFeCo/DyFeCo交换耦合两层薄膜磁化方向转变的研究

用磁控溅射法制备了GdFeCo/DyFeCo交换耦合两层薄膜，对交换耦合两层薄膜变温磁化方向进行了研究.结果表明读出层GdFeCo随温度上升从平面磁化转变成垂直磁化，转变过程中主要受饱和磁矩(M_s)的影响.在GdFeCo的补偿温度附近，读出层的磁化强度近于零，退磁场能减小，并在交换耦合的作用下，使读出层的磁化方向发生转变，制备的交换耦合两层薄膜具有中心孔磁超分辨效应. 关键词： 磁光记录 交换耦合两层薄膜 磁化     

On the formation of spin dependent double layer structure in astrophysical plasmas

Double layers (DLs) are nonlinear structures, and are thought to be responsible for particle acceleration in laboratory plasmas and astrophysical plasmas. In this paper, the existence of spin dependent DLs structure is explored using separate spin evolution quantum hydrodynamic model. Based on reductive perturbation method, we derived an extended Korteweg–de Vries (eKdV) equation to demonstrate the existence and nature of DLs. We found that spin polarization significantly enhanced the amplitude of the electrostatic potential associated with DLs. Further, spin polarization also increases the depth and width of the Sagdeev potential. It is noted that the contribution of Bohm potential effect is essential for the formation of DLs structure. Our results may be helpful to explain the phenomenon of particle acceleration in dense astrophysical environments specifically in a white dwarf.     

Mo/GaAs Schottky barriers prepared by d.c. sputtering

Summary Mo/GaAs Schottky barriers have been prepared by d.c. sputtering, for different values of the sputtering voltage. Current-voltage and capacitance-voltage measurements show that these barriers can have very good properties (near one ideality factor, very low inverse saturation current) if suitable preparation conditions are chosen. A detailed study of the current-voltage characteristics as a function of the temperature allows us to analyse the carrier transport mechanisms and to correlate them to the preparation conditions. The experimental results show that the behaviour of the Mo/GaAs Schottky barriers, prepared by d.c. sputtering, can be successfully explained on the basis of the unified defect model proposed for the GaAs schottky barriers.

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Riassunto In questo lavoro vengono presentati risultati concernenti barriere Schottky Mo/GaAs preparate mediante ?sputtering? in continua, per diversi valori delle tensioni di ?sputtering?. Le misure di caratteristiche corrente-tensione e capacità-tensione mostrano che è possibile ottenere barriere con buone caratteristiche elettriche (fattore di idealità prossimo ad uno, corrente di saturazione inversa molto bassa), purché siano scelte le giuste condizioni di deposizione. è stato anche condotto uno studio dettagliato delle ricavare informazioni sul meccanismo di trasporto dei portatori di carica. I risultati sperimentali mostrano che il comportamento di questo tipo di barriere è perfettamente spiegabile nell'ambito del modello unificato dei difetti nelle barriere Schottky nel GaAs.

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Резюме Барьеры Шоттки Mo/GaAs приготовлены с помощью распыления при различных значениях напряЗения распыления. Измерения зависимостей тока от напряЗения и емкости от напряЗения показывают, что зти барьеры могут иметь очень хорощие свойства, если выбираются соответствующие условия приготовления. Подробное исследование вольт-амперных характеристик в зависимости от температуры позволяет проанализировать механизмы переноса заряда и связать их с усломиями приготовления. Зкспериментальые результаты показывают, что поведение барьеров Шоттки Mo/GaAs, приготовленных с помощьюDC распыления, моЗно успешно объяснить на основе единой модели дефектов, предлоЗенной для барьеров Шоттки GaAs.

     

铁磁─反铁磁双层系统低温特性(英文)

采用自旋波的理论研究反铁磁层间耦合强度和不同自旋值对铁磁—反铁磁双层系统磁性质的影响，在层间反铁磁耦合情况下．得出了不同自旋值时每层子晶格交叉点的温度，在低温下表现出量子效应。