低频多模式超声兰姆波超薄层状横观各向同性复合材料定征方法:理论与实验

研究使用低频多模式超声兰姆波估计超薄层状横观各向同性复合材料的弹性常数、密度和厚度等参数的方法。这里“超薄”的概念是指材料厚度远小于材料中的声波波长,导致在时域上材料前后界面的各次回波信号相互混迭。文章分析了沿平行和垂直于纤维两种方向上,在超薄层状横观各向同性复合材料中传播的低频兰姆波的色散特性,提出在最小二乘意义下以材料多模式兰姆波色散曲线为基础的反向算法对材料进行了参数估计.文中分析了影响估计准确性的各种因素,研究了方法对材料各参数的灵敏度及其在误差传递中的意义,建立了评判反演材料参数准确度的理论依据。结合超声泄漏兰姆波频域分析方法并使用超声耦合剂耦合方式和一对中心频率为 2MHz的宽带纵波换能器,实验结果证实该方法能够准确估计的单向玻璃纤维增强聚醚砜(PES)的材料参数.     

一种定征复合板材粘接层性质的非线性超声兰姆波方法

借助于兰姆波频散曲线及导波激发的模式展开分析方法,对基频兰姆波时域信号及二次谐波时域信号的发生过程进行了直观的论述。结合Ritec-SNAP系统的测量功能,详细分析了二次谐波时域脉冲包络积分表达式的物理意义;该积分表达式可表征基频兰姆波时域脉冲传播过程中的二次谐波发生效率,以及基频与二倍频兰姆波模式之间的频散程度。在基频与二倍频兰姆波相速度相等(或近似相等)的频率附近,实验观察到显著的且无模式混叠的二次谐波信号,显示出在兰姆波的传播过程中的确可存在强烈的非线性效应。对于三种不同粘接情形的复合板材,实验结果表明,采用本文引入的非线性兰姆波应力波因子,结合二次谐波幅频曲线峰值所对应的频率值,可有效地对板材粘接层性质进行表征。     

用超声背向散射谱定征柱状固体的弹性常数

根据流体中圆柱固体对超声波的背向散射谱与固体弹性参数的密切关系,本提出了材料弹性参数测量的一种新方法－超声背向散射谱法;测量了铜合金杆和铝合金杆的超声背向散射谱,并反演得到了它们的杨氏模量和泊松比。和传统的静力学方法相比,超声背向散射法测得的数据较精确,且对被测材料不会造成任何损伤。     

牛奶变质的超声非线性定征

本文利用有限振幅声波插入取代法实验研究了牛奶变质过程中非线性参量B／A的变化。变质初始阶段,非线性声参量B／A的值显著增加。结合物理化学性质(PH值和粘度)对实验结果进行了讨论。与线性声参量相比,非线性声参量对牛奶的变质更为敏感,可应用于乳品质量检验及质量控制。     

用超声透射频谱方法定征金属板的弹性常数

本文采用超声双透射技术测量了水中各向同性金属板的超声透射频谱，将透射频谱的理论值与实验值实现最佳拟合，具体反演得到了金属板的杨氏模量和泊松比。     

一类新的人工材料——多层超薄共格结构

最近几年,美国的几处实验室开始研究一类新型的人工材料的制造和性能.它的名称还不统一,比较合适的名称是“多层超薄共格结构”(layered ultrathincoherent structure),简称“LUCS”.这是在高真空室中,用溅射、分子束外延或者蒸镀技术,在衬底上交替地生长两种元素(金属或非金属     

超声相比较方法在固体弹性性能研究中的应用

 本文用超声相比较方法测量了几种不同类型材料（半导体GaAs晶体、含有Si₃N₄晶须结构的复合材料、过渡金属氧化物CoO以及高温超导体AgYBa₂Cu₃O_7-δ）的声速及后两种样品声速随压力、温度的变化，得到一些用超声脉冲回波重合法不易测定的结果。用相比较法测定声速具有测量频率范围宽、精度高、测量简便等特点，它能测量1 mm左右厚度的薄样品以及声衰减较大的样品，是研究这些材料弹性性能的有效方法。     

用超声语参数对猪的病变肝组织进行定征

本文采用宽带超声脉冲测量系统,通过对散射回波高速数字采样,对猪的新鲜离体正常肝组织及若干病变肝组织(如水泡变性肝,脂肪变性肝及硬化肝)进行了分析研究。
通过在3MHz—7MHz的频域分析,获得了各组织样品的积分背向散射系数(IBSC)、背向散射系数的频率依赖关系(FDBSC)及组织内相邻散射元的平均间距(MS)等参数。
所获结果显示,组织的病变导致了上述参数的明显变化。这表明,超声谱分析技术,对于肝病变组织超声定征及临床定量诊断,具有令人鼓舞的发展前景。     

利用光差分技术检测激光激发声表面波定征薄膜材料

利用激光激发声表面波及改进的光差分检测技术,研究沉积在基片表面的薄膜样品的特性和参量。根据实验获得的声色散曲线和基片已知参数,结合层状媒质中声表面波传播理论,拟合得到薄膜材料的弹性模量、密度和厚度等物理量。结合扫描电子显微镜和X光衍射结果分析,并与文献值比较,表明所采用的技术是定征薄膜材料的弹性模量和力学参量的有效方法。     

超薄单晶基底本征约瑟夫逊结的制备

为了加强本征约瑟夫逊结(简称本征结)与高频电磁波信号的耦合,我们通过平面工艺手段获得了厚度小于伦敦穿透深度的超薄单晶基底,其厚度小于150nm.并在此基底上利用传统的mesa结构制备工艺制备了本征结.所制备的本征结超导性能没有发生明显的退化,与常规本征结的特性基本一致.     

X射线驻波方法研究半导体超薄异质外延层

利用双晶单色器和精密二圆衍射仪,在北京同步辐射装置建立了同步辐射X射线驻波实验技术,并用这一实验技术结合X射线衍射方法,研究了Si晶体中外延生长的起薄Ge原于层的微结构。实验结果表明,由于Ge原予的偏析,在Si晶体样品中形成了共格生长的GexSi1-x合金层,浓度平均值为x≈0.13;650℃退大会使Ge原予向表面扩散,Si晶体中的合金层消失,在晶体表面形成接近纯Ge的单原于层。     

X射线驻波方法研究半导体超薄异质外延层

利用双晶单色器和精密二圆衍射仪,在北京同步辐射装置建立了同步辐射X射线驻波实验技术,并用这一实验技术结合X射线衍射方法,研究了Si晶体中外延生长的超薄Ge原子层的微结构.实验结果表明,由于Ge原子的偏析,在Si晶体样品中形成了共格生长的Ge_xSi_1－x合金层,浓度平均值为x≈0.13;650℃退火会使Ge原子向表面扩散,Si晶体中的合金层消失,在晶体表面形成接近纯Ge的单原子层.     

基于能量转换原理的磁电层合材料低频磁电响应分析

提出了一种基于能量转换原理的磁致伸缩/压电层合材料低频磁电响应模型,并对不同层合结构的磁电响应特性进行了对比研究.该模型假定层合材料层间能量传递通过层间剪切力来实现,利用应力函数法分析了磁致伸缩层和压电层的应力与应变,求出了磁致伸缩层的应变能和存储磁场能以及压电层的应变能和电场能;利用Hamilton最小能量原理求出了层间剪切力的大小,获得了开路状态下层合材料的低频磁电响应模型.发现磁电电压系数与磁致伸缩材料的磁导率、泊松比、磁机耦合系数以及压电材料的泊松比、机电耦合系数等有关,并对这些参数的影响进行了分析.同时对两层和三层结构的层合材料磁电特性进行了对比研究,发现层合结构不同则获得的磁电系数公式不同,用相应的公式计算得到的误差才会最小.研究结果表明,本文的理论误差小于6.5%,与其他方法相比,本文的理论模型能更好地描述磁电层合材料的低频磁电响应特性.     

低温氧化与超薄介质层的生长及应用

低温氧化技术是生长１０－３０■任一超薄介质层的关键工艺．本文着重介绍低温氧化生长超薄介质层的物理机理和工艺原理．从超薄介质层在ＭＩＳ（金属－绝缘层－半导体）太阳电池中的应用，可以看出它的存在和作用，也是对低温氧化技术的检验．     

一种定征固体板表面性质的兰姆波方法

基于Ritec-SNAP系统建立了兰姆波实验系统，分析了用兰姆波幅频特性定征固体板表面性质的可行性。实验结果表明，用高阶、多模兰姆波的幅频特性可准确定征固体板表面性质的变化。     

基底上覆分层薄膜超声Scholte波特性与薄膜定征

分层薄膜--基底结构广泛应用于微电子器件等诸多领域,但薄膜材料参数超声测量尤其是横波速度的定征是一个困难的问题。本文对液固界面Scholte界面波的频散特性和脉冲激励的声压响应进行了理论分析。结果表明,液固界面Scholte波频散与分层膜--基底结构的速度分布密切相关。薄膜材料各层的厚度和横波速度对界面波频散特性有显著影响。基于Scholte界面波的频散特性,提出了一种多层膜的多参数反演定征方法。首先针对理论信号进行薄膜参数反演,验证了该方法的可行性。后续对不同类型的多层膜材料样品进行了液固界面波激发与采集实验,实验信号的薄膜参数反演结果进一步验证了该方法的可行性和有效性。     

单层与衬底胶接结构超声反射波谱的低频特征

理论研究了单层-衬底胶接结构超声反射波谱的低频(使用的超声波频率低于胶层的1/4波长共振频率)特征,指出了利用分层系统的谐振频率飘移量反演胶层厚度并进而评价胶层内聚强度的可能性。用Taylor展开给出了谐振频率所满足的非线性方程的显式解,其与Newton法数值解吻合得很好,适用范围远大于弹簧模型。在更低的频率范围,胶层可用熟知的线性弹簧模型描述。     

各向异性立方晶体的弹性格林函数及其应用

本文计算了各向异性立方晶体的弹性格林函数的级数展开式,给出了直到二级近似的展开式的系数。将所得结果应用于弹性偶极子模型,给出了对称中心所产生的位移场及两对称中心间的弹性相互作用的表示式。应用于Cu,K等强各向异性立方晶体,虽然级数的收敛较慢,但所得关于对称中心的位移场,及二对称中心间的互作用能的数值结果,竟与基于点阵的不连续性作出的点阵静力学计算所得的结果基本一致。从而表明,本文给出的直到二级近似的弹性格林函数的解析表示提供了一个可以普遍应用的简便的方法。它可以较准确地描述立方晶体的某些力学行为。 关键词：     

头相关传输函数的低频特性

提出了一种对测量得到头相关传输函数(HRTF)的低频特性进行修正的方法。通过头部的刚球模型对HRTF的低频特性进行分析,证明了无论对远场或近场HRTF,大约在400 Hz以下,其幅度趋于恒定,而相位接近线性。因而只要通过实验测量得到400 Hz以上的HRTF特性,即可采用理论的结果对其进行修正。理论计算和主观实验证明,所提出的方法是切实可行的。     

层状粘接结构超声检测信号的同态解卷积脱粘界面定征

本文利用建立的多层粘接结构超声无损检测信号的卷积模型,推导出了检测信号的解析表达式,并用同态滤波解卷积方法有效地提取出粘接结构的系统响应,进而由其中界面多次反射响应的位置、幅度和包络等特征参数,实现了脱粘二界面（指空气脱粘）的定征和识别。仿真和实验数据的处理结果表明本文方法对脱粘检测的应用有积极的意义。