机电耦合系数和复阻抗对压电换能器脉冲波形的影响

在地震模型实验中,需要指向性均匀、脉冲持续时间短的低频压电换能器。实验发现,具有匹配背衬的换能器发射脉冲的视周期总是比无背衬的长;向水中辐射的脉冲波形比向细棒中辐射的复杂。但没见过对这些现象的详细解释。 本文仅从基本压电万程和梅森等效电路出发,计算了长度模压电换能器的传递函数,并用数值方法计算了机电耦合系数k_(33)和复阻抗对长度模压电换能器脉冲波形的影响。结果表明具有匹配背衬的换能器k_(33)越大,其“单极”脉宽越宽;且复阻抗使脉冲波形变复杂。我们进行了复阻抗对脉冲波形影响的实验,计算和实验基本符合。在一定的近似条件下,可作为设计和使用脉冲压电换能器的参考。     

能提高超声检测分辨率的新探头

为了提高无损检测的分辨率,超声换能器必须能产生很短的脉冲,并且在整个声场范围内保持确定不变的波形.本文讨论了这种换能器的理论基础、制作方法和运用情况.脉冲回波检测法的一个发展方向是宽带换能器的使用.这种换能器可以产生很短的超声脉冲,因而可以提高目标距离的检测精度,也可以满足运用频谱法定性对换能器的要求.要分析用宽带换能器得到的回波信号,必须了解暂态声场的结构.而常用的稳态声场理论不能直     

非消声水池中低频换能器测量的空间域处理方法

提出了一种在非消声水池中低频换能器测量的空间域处理方法。该方法是在发射和接收换能器保持相对位置不变的情况下,通过多次无规则变换其在有限水域中的位置,让同频反射声的干扰贡献随机和无规则化,最终将上述所有位置接收的信号同步叠加而将同频反射声干扰消除,从而提取出了所需的直达波波形信号,克服了传统的脉冲测量技术受同频反射声干扰无法提取直达信号的问题。在5 m×7 m×6 m非消声水池,测量换能器样品,测量频率范围是400~2500 Hz,测量得到的结果与湖上测试结果相比,两者基本一致。该方法的实现,大大的提高了非消声水池的低频换能器测试能力,有效测量频率下限比一般脉冲测试方法降低一个数量级。     

铝筒内贴壁声源激发的声场的实验研究

介绍铝筒内贴壁声源激发的声场的实验结果。铝筒放在水中,发射和接收换能器位于铝筒的内壁上。通过改变发射和接收换能器的相对位置,得到不同的接收波形。实验结果表明接收信号包括直达波、筒壁反射波、筒壁模式波和环绕筒壁传播的面波的贡献。     

磁致伸缩超声换能器阻抗匹配网络的设计

根据磁致伸缩超声换能器的等效电路模型和阻抗匹配理论,该文设计了一种优化的π型匹配网络.该网络具有调谐、变阻和滤波的功能,适用于工作在中低频超声频率范围内的磁致伸缩超声换能器系统的阻抗匹配.仿真和实验结果表明:接入该π型阻抗匹配网络后,驱动电源与换能器之间实现了最大功率传输,换能器两端电信号的波形质量得到优化,换能器激励...     

厚度方式压电换能器瞬态响应分析

本文利用拉普拉斯变换、牛顿方程和压电方程,求出了厚度方式的压电换能器在用作接收和发射超声时的瞬态响应。计算了一个δ函数激励的例子,在忽略机电耦合系数k_t时它的瞬态响应是一串脉冲序列,脉冲彼此间隔为τ=l/v的时间。同时也简单地讨论了换能器周围介质对脉冲响应的影响。从推导的结果可看出如何考虑声匹配层,以期获得良好的脉冲响应。     

超声阵列的多频脉冲压缩方法研究

脉冲压缩方法通过采用编码信号激励与脉冲压缩接收来提高超声检测的时间分辨率和信噪比。然而,受换能器带宽的限制,编码信号的时间带宽积往往有限,影响脉冲压缩效果。开展了基于超声阵列的多频脉冲压缩方法研究,超声阵列是由具有不同中心频率和带宽的多个阵元组成,从而使得整个阵列具有比单个换能器更宽的带宽。提出了压缩后叠加取包络的脉冲压缩方法,并研究了这种方法在提高时间分辨率和主副瓣比上的技术方案,对多频脉冲压缩的超声阵列进行了设计与优化,发现多频脉冲压缩方法能很大程度地提高时间分辨率,并能有效地抑制各阵元信号叠加产生的周期副瓣。理论和实验结果表明,这种压缩后叠加取包络的方法得到的时间分辨率在性能上受阵元带内不平整度的影响很小,能使阵元压缩包络中的主副瓣比得到明显改善。     

X射线脉冲星导航动态模拟实验系统研制与性能测试

本文设计了一种半实物实验系统,能模拟出航天器在地球轨道及深空飞行时接收脉冲星周期X射线信号的情形.该系统主要由动态信号数据库、X射线模拟源、真空系统和探测系统组成.模拟源可以模拟出任意波形的脉冲轮廓,探测系统的时间分辨率优于2μs,通过分析时间转化模型给出了动态信号生成方法.实验模拟了航天器在近地轨道飞行一周接收Crab脉冲信号,将采集的光子到达时间转换到太阳系质心时后累积脉冲轮廓与标准轮廓相关度为0.9882.     

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。     

负载回路电感对低阻抗脉冲形成线输出波形的影响

 介绍了一个基于带状脉冲形成线的低阻抗实验平台,针对该平台设计了两种不同类型结构的匹配负载,并分别进行了实验研究,得到了不同的输出脉冲波形,发现轨道结构的水负载具有很低的负载回路电感,适于作为低阻抗脉冲形成线的匹配负载。实验结果表明：在开关电感一定的情况下,负载回路电感是影响低阻抗形成线输出波形的决定性因素。对于0.5 Ω的带状脉冲形成线,只有将负载回路电感控制在30 nH以内,才能获得波形较好的输出脉冲,高压实验结果也验证了此结论。利用数值模拟的方法,分析了负载回路电感对不同阻抗形成线输出波形的影响,结果表明：随着形成线阻抗的增加,负载回路电感对波形的影响越来越小。     

负载回路电感对低阻抗脉冲形成线输出波形的影响

介绍了一个基于带状脉冲形成线的低阻抗实验平台,针对该平台设计了两种不同类型结构的匹配负载,并分别进行了实验研究,得到了不同的输出脉冲波形,发现轨道结构的水负载具有很低的负载回路电感,适于作为低阻抗脉冲形成线的匹配负载。实验结果表明：在开关电感一定的情况下,负载回路电感是影响低阻抗形成线输出波形的决定性因素。对于0.5 Ω的带状脉冲形成线,只有将负载回路电感控制在30 nH以内,才能获得波形较好的输出脉冲,高压实验结果也验证了此结论。利用数值模拟的方法,分析了负载回路电感对不同阻抗形成线输出波形的影响,结果表明：随着形成线阻抗的增加,负载回路电感对波形的影响越来越小。     

等束腰宽度超短脉冲光束传输的脉冲修正方法

利用角谱分析和傅里叶变换的方法,得到一种描述几个周期的等束腰宽度脉冲光束传输的脉冲修正方法。以准单色光束传输的结果为出发点,通过对准单色光束的解进行泰勒级数展开,得到了一种相对简单的修正方法,可以精确的描述具有任意时间波形和横向光束分布的不短于一个周期的超短脉冲光束的传输行为。给出等束腰宽度超短脉冲的近似解,具体研究高斯脉冲光束的传输特性,分析几种不同的频谱对脉冲光束传输行为的影响。     

基于非线性频率调制的光脉冲压缩反射测量方案

为了克服线性调频技术中的旁瓣过高的缺点,提出一种基于非线性调频技术的光脉冲压缩反射仪方案.将非线性调频脉冲信号通过单边带调制器调制到光信号上,并将光电探测器接收到的瑞利散射、端面反射等信号和该非线性调频脉冲信号进行匹配滤波,得到脉冲压缩曲线.理论、数值仿真和实验证明了非线性调频技术能有效抑制光脉冲压缩反射仪中的旁瓣.实验结果表明,使用相干长度为2km的光源,该方案的测量距离可达5.4km、空间分辨率达16.5cm、非线性调频的旁瓣抑制比比线性调频高5.8dB.     

600 kV直线变压器驱动源的设计与模拟

基于对125 kV直线型脉冲变压器驱动源（LTD）模块的实验研究,设计了脉冲形成线为Blumlein结构的150 kV LTD模块,并在此基础上设计了输出电压600 kV、四级模块串联运行的LTD装置。根据理论计算的结果选择了LTD次级线圈的尺寸,通过电路和3维模拟,分析了不同输入方式对输出脉冲波形的影响,结果表明：左端输入方式输出脉冲波形好于右端输入方式;与单边输入方式相比,双边对称输入方式得到的载脉冲波形的前沿更好。根据600 kV LTD装置的设计参数进行了电路模拟,在40 Ω匹配负载上得到的输出脉冲波形前沿（10%～90%）约30 ns、平顶约110 ns、后沿约30 ns、幅值约600 kV,满足绝缘耐压要求。     

脉冲序列控制开关变换器的脉冲组合规律及其多周期态研究

开关变换器的脉冲序列控制是通过调整控制脉冲循环周期内高、低功率脉冲的组合方式实现对开关变换器输出电压的调节. 控制脉冲循环周期内高、低功率脉冲的组合方式决定了脉冲序列控制开关变换器的稳态性能. 基于数论中连分式展开的思想, 研究了控制脉冲循环周期内脉冲序列控制开关变换器的控制脉冲组合规律, 得到了确定控制脉冲循环周期内高、低功率控制脉冲组合方式的算法. 建立了脉冲序列控制开关变换器的输出电压一维离散迭代标准模型, 并结合高、低功率控制脉冲组合规律, 分析了脉冲序列控制开关变换器的稳态性能; 研究了其多周期态参数估计和分布; 得到了其输出电压纹波范围. 仿真和实验结果证明了算法的正确性. 本文的研究结果有助于深入理解脉冲序列控制这一类离散型开关变换器控制方法. 关键词： 脉冲序列 控制脉冲组合 输出电压稳波     

基于乘法器的超声多普勒实验仪的研究

介绍了一种基于模拟乘法器的超声多普勒效应实验仪.该设备利用超声发射换能器的激励信号和经过限幅放大处理后的接收换能器的输出信号,作为模拟乘法器的输入;将乘法器的输出经过低通滤波器后得到多普勒频移信号,从而获得接收换能器的运动速度.该设备具有结构清晰、操作方便、物理现象明显等特点,十分适合在大学物理实验教学中应用.     

声波远探测测井仪发射电路的优化实现*

声波远程探测需要低频大功率发射和宽频带接收技术,从而使得仪器看得远、看得清。目前,采用单脉冲的激励方式,需要增加发射脉宽或者提高发射电压来提高发射能量。而增加发射脉宽会降低成像分辨率,提高发射电压又对发射换能器提出了新的挑战。该文在现有换能器基础上,提出并采用线性调频脉冲信号激励换能器的方法,以提高探测距离和精度。具体采用DDS技术产生线性调频脉冲信号并由FPGA实现;采用高效的D类放大器来最大化功率;采用一个全桥电路实现了两路发射控制。测井表明,设计的电路能稳定有效地工作,相对于单脉冲发射电路而言,它得到了更好的成像效果图像。该文工作为远程声波探测测井仪器的自主研发提供了一种技术参考。     

声速测定实验中超声换能器的非线性行为

在声速测定实验中,通过频谱分析、幅频特性曲线和相图,研究了发射和接收超声换能器在不同频率的驱动下从线性状态转变成非线性状态的过程,观察了超声换能器表现出的准周期态、倍频现象、磁滞和双稳态现象等丰富的动力学行为.     

浅海脉冲声传播及信道匹配实验研究

进行了浅海声信道中低频脉冲压缩和信道匹配的理论和实验研究。实验中通过脉冲压缩,实现了超过110 km的高信噪比信号接收,信噪比时间增益与理论分析结果一致;信道实测时间相关半径超过了500 s;信道匹配处理提高了实验脉冲信号检测信噪比(信道匹配增益),基本消除了多途对脉冲信号检测信噪比的影响,且信道匹配增益可以进行理论预报。实验表明,脉冲压缩可有效增加浅海低频声脉冲的传输距离,信道匹配可用于消除多途对脉冲信号检测信噪比的影响。     

乳腺超声断层成像系统的有限元仿真分析

本文利用有限元仿真软件COMSOL进行乳腺超声断层成像仿真,仿真模型置于水中,重建区域包含乳腺软组织和一个圆形铁块障碍物。256个换能器等角度环形分布于乳腺外部,采用一个换能器发射、其余所有换能器接收的方式进行,依次进行256次仿真来实现环形扫描。仿真得到随时间变化的二维声压分布云图,提取接收电压获得信号矩阵。利用等角扇束滤波反投影重建算法进行图像重建,仿真实验结果证明了换能器呈360?进行环形扫描的方式可行。