声发射研究中的宽频带接收换能器

文章总结了作者在宽频带声发射换能器方面的一些工作和体会,并给出了若干换能器灵敏度估算的数学推导。     

用埋入式光纤传感器探测建筑结构中的声发射

声发射技术已经应用于金属和混凝土结构中,作为探测内部裂缝的一种无损检测方法。目前用的技术都是由压电换能器来采集声发射信号。讨论了基于用光纤技术的声发射传感器的开发和测量方法。它是用埋入式光纤传感器来监测类似桥梁、高速公路、隧道和房屋建筑等混凝土结构中的开裂信号。     

水声释放器声指令发射换能器

水声释放器是用来重现水下目标位置和回收水下遥测仪器的装置.它包括指令发射机、声指令发射换能器、浮标接收系统、释放机构等.工作时,按照船上控制设备通过换能器向水下发出声指令,促使释放机构动作,自动释放定位浮标或使记录仪器罐浮出水面.在海洋开发,科学研究等方面都有广泛的应用. 作为与释放器相配套的指令声源,其电声性能直接关系着系统的效能.常由于指令发射换能器的指向性尖锐或阻抗高、灵敏度低或频带窄等问题,严重影响着使用效果或整个系统的协调. 结合使用情况,于1979年设计并提供出FQ20等类型的指令发射换能器.它们在结构和性能上,与同样用途的国际产品相比,均有自己的特色.它具有高效率、宽频带、低电阻抗、较高的发射及接收灵敏度、天指向性、小型等特点。已由有关单位引用于水下声学引爆系统、应答装置、水声实验等其它场合.     

面向CMUT声发射特性的驱动电路优化设计

根据电容式微机械超声换能器(CMUT)的工作原理,设计了用于驱动CMUT发射超声波的电路.通过适当的串行匹配,消除了脉冲激励信号的过冲现象.在此基础上进一步探究了脉冲激励参数对CMUT声发射特性影响.结果表明,随着激励脉冲个数的增加,CMUT输出超声信号的有效带宽逐渐变窄,二次谐波逐渐增强;随着激励脉冲占空比的增加,C...     

声管测量系统的宽带复合型换能器

提出了一种纵向换能器与Ⅳ型弯张换能器相结合的复合型换能器,推导了换能器的等效电路,根据等效电路分析了纵向换能器和弯张换能器之间的耦合作用;应用有限元方法进行了结构优化,使换能器能够发射较高频率声波的同时兼顾低频发射.研制了宽带复合型换能器实验样机,对在声管中所建立的驻波声场特性进行了实验研究,并成功利用该脉冲声管系统进...     

多分量超声波换能器及其应用

为提高超声无损检测的精度的可靠性，本文研究了几种多分量超声波换能器，即二分量换能器和三分量换能器，分析和探讨了它们在声发射检测以及超声法应力测试中的应用。     

用声或超声检测印刷电路板焊点质量

美国Battelle-Columbus实验室,采用声或超声技术检测印刷电路板的焊点质量,取得结果.其原理如图1所示.图中发射换能器T产生的超声波激励焊点H,使焊点在同一频率域响应,这一响应用全方位接收换能器R来检测.发射换能器T的频率响应为T(f)     

基于球壳内壁反射的球形换能器自易校准方法

基于球形换能器发射的脉冲球面声波及其在同心球壳内壁的反射,应用机电互易定理,导出了在球面波发射回波声场中,用于校准球形换能器的互易常数.以此为基础,提出一种使用封闭球壳反射器的自易校准方法,通过一次测量即可得到球形换能器的5个基本电声参数.进一步,将自易法校准所得的电压灵敏度换算成平面波声场中定义的标准灵敏度,给出了换...     

一种平面宽带发射换能器的设计

本换能器是由多个纵向振动子组成的平面发射阵。振子共振频率有三种,由低至高依次为f_1,f_2,f_3,获得了一个倍频程的宽带发射。其工作频率为50kHz至100kHz,发射电压灵敏度为162.5±2.5dB。声源级SL>200dB(0dB=1μPa/v·m)。水平束宽为7°—14°,垂直束宽为20°—40°。 本文对发射电压灵敏度的频率响应和指向性图作了理论分析,结果与实验相符     

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。      

宽带水声换能器阵和它的声场

本换能器由四对不同尺寸的PZT圆管组成.考虑了每个圆管的前两个振动模式和不同模式之间的互辐射效应,用模式叠加法和最小二乘法计算了换能器在水中的发射电压灵敏度、方向性图案和电导等特性. 实验表明:在16—120kHz间,水平方向的发射电压灵敏度起伏小于3dB,电声效率大于50％.电导值及发射电压灵敏度在16—80kHz内测量和计算符合.垂直指向性在25kHz内测量与计算符合.     

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。     

基于光纤耦合器的声发射传感器

为检测变压器内局部放电产生的声发射信号,介绍了一种基于特殊光纤熔融拉锥耦合器型声发射传感器。它是利用声波引起的扰动改变耦合器两臂光功率输出的特点来检测声发射信号。实验结果表明：此种传感器在10kHz～250kHz范围内对声发射信号有良好响应,在155kHz灵敏度为5.6×10^-6V/Pa,噪声为1.8Pa声压,有望在复合材料与结构、电力无损检测方面得到应用。     

圆形平面换能器产生的二次谐波声场及对非线性声参量成像的影响

在利用二次谐波进行非线性声参量B／A层析成像中,发射换能器的声场特性,尤其是在近场区域的特性对成像结果的定性及定量分析极其重要。本文从理论及实验上分析了圆形平面活塞换能器在传播介质中产生的二次谐波声场,就其对非线性声参量成像的影响进行了分析和讨论．研究结果有助于在非线性声参量成像中降低重建误差,提高分辨灵敏度．     

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。     

具有阻抗匹配层的宽带纵向振动压电换能器设计

本文研究纵向振动压电换能器的频带展宽问题。在复合棒纵向换能器的辐射端加工适当材料的阻抗匹配层,可以使其工作在非单谐振状态下,在单层阻抗匹配层的情况下,合理地选择匹配层的厚度可以调整其谐振点之间的位置,从而改善换能器的辐射特性。本研究结果表明,对于机械品质因素Qm=6,发射响应带宽△f=4kHz的纵向振子,采用四分之一波长厚度的匹配层,在不降低发射响应的条件下,可展宽频带一倍以上。     

光纤Sagnac传感器对材料频率特性的实验研究

不同的材料由于物理性质不同,在断裂时会产生不尽相同的声发射信号。光纤声发射传感器以其频带宽,抗电磁干扰,灵敏度高,体积小等优点在声发射（AE）信号探测方面有着广泛的应用前景。本文采用光纤Sangac传感器,对不同材料断裂过程的声发射信号进行检测,通过快速傅立叶变换分析其频谱。实验得知同一种材料断裂的声发射信号具有相同的...     

高频超声激励源

对于频率高于50MHz的超声换能器,如何得到有较高幅度、近似于理想δ脉冲的激励信号是比较重要的。在高频换能器允许的条件下,适当提高激励信号的幅度和采用较陡的脉冲前沿,对于提高换能器的灵敏度及分辨率大有益处。一般驱动换能器多使用高频脉冲信号发生器,存在幅度低(<100V)、带容性负     

高温超导体超导态的光场发射研究

场致发射在低于场致发射电场阈值的场强作用下,发射体受脉冲激光照射时将会产生光场发射本文对高温超导体临界温度以下光场发射做一定的研究,并与高温超导体一般的场致发射情况做了一定的比较,两者有不同的发射规律．１引言 光场发射是发射体处于电场强度不及但接近场致发射阈值场强的条件下,输人激光脉冲激发电子发射的现象,其发射电子流受光脉冲控制．在低于场致发射电场阈值的场强作用下,高温超导体受脉冲激光照射也可以产生光场发射．当温度降到临界温度以下时高温超导体材料由正常态变成超导态,体内的电子形成库柏对,能隙会引…     

原油中声衰减和声速的温度特性的测量

原油是一种混合物。它的一些性质随温度而变，如原油的声衰减和声速都是温度的函数．本文使用一个换能器发射声波，另一个换能器接收声波，在实验室内测得12t－80℃之间的声波幅度值，利用插值算法，求出该温度范围内原油声衰减的温度特性曲线；利用线性拟合算法，求出原油声速的温度特性曲线。结果表明：随着温度的升高，原油的声衰减和声速都呈下降趋势，而且测量结果与换能器的灵敏度无关．