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。     

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。     

向空气辐射的弯曲振动型超声换能器的研制

以“弯曲”振动阶梯盘作为辐射面的超声换能器具有高的效率和方向性.本文叙述了阶梯辐射盘的振动方式,理论及计算公式.设计了20kHz具有阶梯辐射盘的超声换能器,并对轴向声压进行了测试.该换能器结构简单,制作方便,在实际工作中有一定的应用价值.     

由辐射膜同空气耦合的200kHz超声换能器

Matjaz Babic报道了一种新型的空气中发射用200kHz超声换能器。为改善声源与空气之间声阻抗的严重失配问题,通常采用的方法是:对高频超声(如200kHz以上的超声),多应用声阻抗匹配技术;对较低频的超声(如50kHz以下),多应用弯曲振动换能器,例如将压电品片与金属膜片粘在一起,使其产生复合弯曲振动。     

阶梯圆环压电超声换能器径向振动性能的理论研究*

提出了一种阶梯圆环径向振动压电超声换能器,根据力电类比原理建立了阶梯圆环及阶梯圆环换能器的径向振动等效电路,推导了阶梯圆环的径向共振频率方程和位移放大系数,在此基础上进一步推导了换能器的径向共振和反共振频率方程。通过理论推导和有限元仿真模拟分析了阶梯圆环压电超声换能器的径向振动性能。结果表明,增大阶梯圆环中内外环的径向厚度之比K1或减小轴向厚度之比K2,阶梯圆环的一阶径向共振频率减小,二阶径向共振频率增大;在二阶径向共振模式下,K1、K2值在一定范围内阶梯圆环可实现由内向外的径向位移振幅放大;随着压电陶瓷圆环的内半径增大,阶梯圆环压电超声换能器的一阶、二阶径向共振和反共振频率减小,二阶径向共振下的有效机电转换系数趋于零;增大阶梯圆环内环的外半径,换能器的一阶径向共振和反共振频率减小,二阶径向共振和反共振频率先增大后减小,理论推导与仿真模拟结果符合良好。本文研究结果为阶梯圆环压电超声换能器的工程应用提供理论参考。     

压电换能器数字模型软件包

最近美国NTR系统公司(NTR System Inc.,1902 North 34th Street,Seattle,WA 98103,USA)推出了一个压电换能器数字模型软件包,PiezoCAD。这个软件包用传输矩阵法计算换能器的整体特性。用户可以从软件包里的数据库选择压电材料的参数。这个数据库里有陶瓷、晶体、聚合物和复合材料的板、条、棒的大量参数。用户可以规定多层匹配层、多层背衬层和负载的特性。在电端可以规定各种电匹配网络,包括电阻、电容、电感、变压器和同轴电缆的串联、并联及各种组合。用T型网络表示的非理想变压器也包括在     

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。     

压电复合材料及其在换能器中的应用

本文评述了压电复合材料的性能、特点和研究概况,对这种新型压电材料在水听器及其他换能器方面的应用作了较多介绍。     

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。     

用锥状厚压电片换能器的测量

在工业无损评价(NDE)及医学超声成像中,为提高纵向分辨率,希望超声换能器具有窄脉冲宽频带的特性,为此,有人用高阻抗、高衰减材料做为压电晶体的背衬,用作匹配吸收体。也有人采用厚的压电晶体制做换能器,利用其远离共振频率的非谐振状态工作,但上述方法存在一些不足,如换能器径向模的振动,粘接层的影响等。作者提出了一解决问题的方法,即厚片锥状压电换能器,其工作在非共振状态,同时作用面积小。     

宽带多层换能器

为了提高医学超声、无损检测用换能器的频带宽度,目前普遍采用重背衬吸声块及前匹配层技术。一般来说,前匹配层是无压电性的,只起阻抗匹配的作用。 J.A.Hossack和B.A.Auld报道了一种宽带多层换能器,这种换能器的结构与普通具有前匹配层的换能器基本相同,其差别是用压电材料作前匹配层,并且在前匹配层上加激励电压,成为具有两层或两层以     

面向空耦电声换能器应用的高性能FEP/PTFE复合膜压电驻极体

压电驻极体(也称为铁电驻极体)是一类具有强压电效应的微孔结构驻极体材料,具有柔韧、低密度、低特性声阻抗等特征,是制备柔性空气耦合声电换能器的理想材料.针对器件对高灵敏度和高温工作环境的应用需求,本文报道高性能氟化乙丙烯/聚四氟乙烯(FEP/PTFE)复合膜压电驻极体的制备和性能表征.研究结果表明,FEP/PTFE膜的特...     

采用Helmholtz共鸣器与悬臂梁压电换能器的声能采集器研究

针对环境中广泛存在的声能,提出了一种采用Helmholtz共鸣器和悬臂梁压电换能器的声能采集器。Helmholtz共鸣器对入射声压进行放大,放大后的声压引起共鸣器弹性薄壁振动,薄壁的振动传递到压电换能器产生电能输出。建立了带弹性壁的立方形共鸣器的等效集中参数理论模型,并与压电换能器的机电特性结合,分析了声能采集器的声-机-电转换原理,研究了声压、声波频率和负载阻抗对输出功率的影响,研究结果为此类声能采集器的优化设计及工程应用提供了一种可行的方法。实验中,声源通过声波导管输出声能,当共鸣器管口处的声压级为94 dB时,系统实测最大输出功率达240μW。该采集器不仅可作为声能自供能采集器,还可在较远距离为低能耗电子装置进行有源声供能。     

用螺旋线谐振腔在压电晶体中激发较低频率的超声波

本文报道了使用螺旋谐振腔技术在压电铌酸锂和石英晶体中直接激发频率低至10MHz的超声波的实验结果.谐振腔壁由一般的黄铜片或印刷电路板制成,腔体呈圆柱状或长方体,其Q值可达500以上.用插入腔体内的单股导线使信号源和谐振腔之间获得较满意的耦合.实验发现,腔体内螺旋线末端若与一块小铜片相联,可提高压电晶体内超声波的激发效率.本文也指出了该技术进一步改进的措施及在材料检测中可能的应用.     

岩石中孔隙流体含量对超声波衰减影响的实验研究

目前,关于岩石中孔隙流体含量对超声波衰减影响的实验数据还很少。本文介绍的由瞬态波形存贮器和微机控制系统组成的超声波信号采集与数字处理系统,适于实验室内测量超声衰减与流体含量的变化关系。作者以砂岩试件作了实验并取得一些有价值的数据。 实验研究结果,表明砂岩中横波衰减随饱和度增加而增加,纵波衰减随饱和度增加有一个明显的峰值出现。砂岩中声波衰减的品质因数Q值比声波速度v值反映岩石的物理力学性质更灵敏。从所得数据看,同一岩石的Q值随含水量变化量为速度变化量的五倍以上。     

固相微萃取技术对空气中苯系物检测的竞争吸附效应

苯系物作为一类常见的挥发性有机污染物对人体危害极大，因此研究并建立空气中苯系物的快速检测方法十分必要。固相微萃取（SPME）技术非常适用于快速的污染物定性定量检测，但用于检测空气中苯系物研究较少，有研究表明多种物质在萃取纤维上也存在吸附材料上常见的竞争吸附效应，从而导致常用的标准曲线法定量可能无法反映实际样品的组成。采用多组分苯系物标准气体分析萃取头的吸附情况，考察各种参数对SPME萃取头上存在的竞争吸附行为。