超声检测综合实验

基于超声波在不同声阻抗介质形成的界面上的反射和透射理论,设计了超声检测综合实验.实验样品为带有缺陷的固体材料,采用超声方法测量缺陷的尺寸及缺陷中的填充物.作为竞赛的综合实验,做到了难易结合,突出理论与实践结合:实验容易的部分,如测量换能器的中心频率、材料的密度、声速及声阻抗,主要考察学生对基本实验仪器的操作能力;实验比较难的部分是确定缺陷的填充物,学生需要综合应用提供的声传播、反射及衰减理论设计测量实验.     

向空气中辐射超声波的环形压电换能器

超声压电换能器向空气中辐射超声波的主要缺点是效率低,这是由于压电材料的声阻抗与空气的声阻抗严重失配(差5个数量级)。有两种途径可提高换能器向空气中辐射声波的效率,一是采用多层结构的匹配技术,二是设计高、低声阻抗材料相组合的换能器。作者遵循后一种方法设计并制作了一种新的高效压电换能器。它是将压电圆环埋置在低阻抗的弹性材料(塑料或树脂)中而成的,如图1所示。     

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。     

厚度模压电超声换能器无源声学材料研究进展*

厚度模压电超声换能器作为超声波发射、接收以及电信号间转换的载体,是超声成像与检测系统的核心器件,一般由压电层、匹配层和背衬层3部分组成。超声换能器的性能一定程度上决定着整体超声设备的性能,影响了其在工业、医学、军事等领域的应用。该换能器的关键性能指标(带宽、灵敏度)除了受到压电层的影响,还与匹配层、背衬层等无源声学材料的设计密切相关。该文综述了近年来厚度模压电超声换能器无源声学材料(匹配层、背衬层和声透镜)的研究进展,提出了当前该类材料面临的难题和解决途径,并对其未来发展方向进行了展望。     

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。      

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。     

掺铥光纤γ射线辐照效应实验研究

面向2μm掺铥光纤激光器的空间应用,本文针对典型商用掺铥光纤(TDF)开展了γ射线辐照效应实验研究。利用~(60)Co源放射的γ射线,对由5段同批次Nufern公司SM-TDF-10P/130-HE型TDF样品搭建的2μm光纤激光器进行总剂量为9.0 krad(Si)、剂量率为0.5~3.0 rad/s的辐照效应在线测试。结果表明,TDF的出光性能在辐照过程中出现了显著衰减,衰减幅度随着剂量率的上升而增大。通过对TDF样品在辐照前和辐照后的吸收光谱进行对比测试,观察到在经过总剂量9 krad(Si)的γ射线辐照后,TDF对793 nm泵浦光的吸收峰接近消失。对前述经历γ辐照之后的TDF样品进行2 h的793 nm泵浦光漂白实验测试,未见其出现性能恢复现象。可见,面向空间应用的该典型掺铥光纤需大力提高耐空间辐射性能。     

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。     

夹心复合材料宽带超声换能器的研制

本文采用高频夹心PZT(3-3)复合材料、单层前匹配和高损耗声阻抗背村全匹配的结构,研制出窄脉冲宽带超声换能器.所研制的中心频率为1MHz的换能器,在水负载中有高传输效率,得到声压脉冲长仅一个周期的接收波形.对铝合金和灰岩等较低声阻抗负载,也得到了一个周期脉冲的接收波形.     

一种新型辐射变色膜的γ射线辐照研究

报道了以高聚物为载体,以有机染料及添加剂为变色指示剂体系,制备一种辐射变色膜。这种辐射变色膜为无色透明固体薄膜,经60Co γ射线辐照后,其颜色变为蓝色。辐照后样品的紫外-可见吸收光谱表明,在可见光区其最强吸收峰出现在624 nm附近。在10～90 kGy的剂量范围内,不含添加剂的辐射变色膜的光密度变化与吸收剂量呈线性关系,而含有添加剂的辐射变色膜对γ射线辐照的响应在50 kGy时就达到饱和。同时还探索了该体系辐照效应的化学反应机理。     

覆盖多柔性层的有限长圆柱壳声辐射特性

研究了有限长圆柱壳覆盖多层柔性材料的声辐射特性.根据相邻柔性层界面上的边界条件推导了柔性层系的传递矩阵,结合薄壳理论和声波动方程建立了分析覆盖多柔性层后圆柱壳声辐射的理论模型.通过数值计算表明,减小柔性层的声速或者密度均能增加辐射声功率降低量,而采用多柔性层结构能比相应的单层均匀柔性材料获得更好的降噪效果.     

同步辐射X射线源的剂量增强效应实验研究

设计了多层平板铝电离室,利用北京同步辐射装置BSRF产生的30—100keV同步辐射硬X射线,测量了不同材料界面Kovar/Au/Al,Pb/Al,Ta/Al的辐射剂量梯度分布,给出了不同材料界面剂量增强因子DEF.在该装置上同时开展了硬X射线辐照引起的CMOS器件4069的剂量增强效应RDEF研究.采用双层膜结构,通过实验给出辐照敏感参数随总剂量的变化关系,从而给出器件损伤增强因子.这些方法为器件抗硬X射线辐射加固技术研究提供了实验技术手段.     

固体板背覆薄层特性的低频超声反演方法研究

研究了应用低频超声的反射频谱对固体板厚度及背覆薄层的各特征参数(包括厚度、声速、密度、衰减、声阻抗率、声时)进行反演的方法。从灵敏度函数、目标函数及误差传递方程的角度,对应用反射频谱的谐振频率或幅度谱反演模型系统的单参数和双参数的方法进行了分析讨论。实验使用中心频率为7MHz的探头检测铝板/聚合物薄层样品,在同样的条件下,谐振频率法和幅度谱法反演的单参数反演效果相当,谐振频率方法的双参数反演效果优于幅度谱方法,前者薄层声阻抗率和声时同时反演的平均误差为3.4%和4.7%,而后者没有得到结果。      

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     

气泡对沉积物声学特性影响研究:以东海沉积物为例

气泡对海底沉积物的声学物理特性的影响在海洋学、海洋地质学和海洋地球物理学等领域中都有着重要的研究意义. 利用Micro-CT扫描仪对沉积物样品进行无损检测扫描, 根据沉积物样品中水、气和固体颗粒对X射线吸收率的不同, 提取了沉积物的气体体积(气泡)含量. 利用智能非金属超声检测仪对沉积物样品进行超声无损测定, 得到沉积物声速与衰减. 通过回归分析, 建立了样品采集海域沉积物孔隙填充气体与流体含量与沉积物声学特性之间的相关关系. 结果表明: 含气量的少许增大就会引起声速的急剧降低和声衰减的急剧上升, 但含气量超过10%后, 这种上升和降低的幅度明显减小.     

超声波多次回波反射法测量油料密度技术研究*

该文通过同时测量油料的声阻抗和声速来测量油料的密度。通过对超声波在不锈钢壁内的多次反射回波信号作快速傅里叶变换,取各次回波信号中心频率下的幅值在对数坐标系下作数据拟合,由拟合曲线斜率并结合多次反射理论求得油料的声阻抗;测量由聚苯乙烯壁面反射回来的二次回波信号计算油料的声速。实验中将温度控制在20?C,测量了8种油料的声阻抗和声速,进而求出8种油料的密度。实验结果表明8种油料密度测量结果的最大误差为1.2%。该方法适合油料密度在线、快速、准确测量。     

MOS结构电离辐射效应模型研究

基于氧化层空穴俘获和质子诱导界面陷阱电荷形成物理机制的分析,分别建立了MOS结构电离辐射诱导氧化层陷阱电荷密度、界面陷阱电荷密度与辐射剂量相关性的物理模型.由模型可以得到,在低剂量辐照条件下辐射诱导产生的两种陷阱电荷密度与辐射剂量成线性关系,在中到高辐射剂量下诱导陷阱电荷密度趋于饱和,模型可以很好地描述这两种陷阱电荷与辐射剂量之间的关系.最后讨论了低剂量辐照下,两种辐射诱导陷阱电荷密度之间的关系,认为低辐射剂量下两者存在线性关系,并用实验验证了理论模型的正确性.该模型为辐射环境下MOS器件辐射损伤提供了更 关键词： MOS结构 辐射 界面陷阱 氧化层陷阱     

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。     

乳液中结晶与溶解的超声监测

许多油-水乳液的性质与分散相的固、液态有关。例如,食品乳液中液滴与悬浮粒子之间小分子的分布和聚集受到分散相阶段的强烈影响。有许多技术被用来监测乳液的结晶过程,它们包括:膨胀测定法、宽带核磁共振、X射线衍射、各种热学分析法及电子自旋共振。本文所描述方法的原理是测量乳液中的超声声速和声衰减。该方法与其它现有方法相比,具有成本低、     

温度梯度场对电声脉冲法空间电荷测量波形的影响

电力设备运行中的温升现象严重影响绝缘的使用寿命,因此高温下的空间电荷测量引起了许多学者的关注.但温度升高时,聚合物材料的声阻抗、Young模量、密度、声波在其中传播的速度、衰减特性均发生变化,因此无法准确测量出介质中的空间电荷特性.而对于温度梯度场下的绝缘介质(如电缆发热场)的空间电荷测量,温度的梯度分布对介质的声阻抗、弹性模量、密度、声速及声波衰减的影响将更为复杂.本文基于电声脉冲测量方法中声波的传播特性和温度对聚乙烯材料特性的影响,分析了温度梯度场对空间电荷测量结果的影响并进行了波形恢复.