Time Reversal Self-Focusing in a Solid-Plate Waveguide

Acoustic self-adaptive focusing in a solid-plate waveguide is theoretically and experimentally studied.The multipath effect exists in the solid plate.A pulse will be widened into a pulsed train and the waveform is distorted.The time-reversal mirrors are applied to study the self-adaptive focusing.The time-reversal effect can be characterized by the focusing gain and the ratio of the principal to the second lobe.It is found theoretically and experimentally that the time-reversal mirrors can compensate automatically for the waveform distortion caused by the multi-path effect.     

超声数字式相控阵换能器动态聚焦系统研制

本文是研制超声相控阵换能器动态聚焦系统,它包括数字式多通道信号发射系统和两种超声相控阵换能器。用数字式多通道信号发射系统产生多路数字信号,通 过改变每路信号的时延(相位),控制相控阵换能器的各个阵元,使它们发出的声束在空间某点聚焦。我们对这两种相控阵进行了实验测量,结果表明,用数字控 制的相控阵换能器,可以实现精密的动态聚焦,并可取得良好的聚焦效果。     

声表面波单指无内反射叉指换能器

在陈-Haus^[1]理论的基础上,本文首先从实验上研究了YZ-LiNbO₃上的短路金反射栅及ST-X石英上的沟槽填铝短路反射栅的反射特性,证明了这两种结构存在异常反射现象。同时,在实验中发现YZ-LiNbO₃上的短路金反射栅存在用改变栅条厚度无法消除的残余反射现象。我们将陈-Haus理论开拓到各向异性晶体的实际情况,从理论上解释了这一现象。
进而从耦合模理论出发讨论了叉指换能器的反射理论。在此基础上,本文着重从理论和实验上提出了利用异常反射现象实现单指无内反射换能器结构,具体分析和实现了两种无内反射叉指换能器结构:YZ-LiNbO₃上的金单指结构和ST-X石英上的沟槽填铝单指结构。在YZ-LiNbO₃上做出相对带宽14%,带内畸变小于±1dB的带通滤波器。与通常铝单指结构滤波器相比,带内畸变减小近10dB。在ST-X石英上做出了相对带宽0.9%,带内响应与理论设计要求完全相同的带通滤波器,而用通常铝单指结构,则滤波器的带内畸变将达到8dB。     

时间反转和逆时偏移混合法用于层状介质中目标检测和定位的声场分析

基于时间反转和逆时偏移混合方法用于分层介质中目标的声学检测和定位的原理,本文对分层介质中目标检测和定位的声场进行了数值分析。首先给出了声场分布数值仿真的方法和步骤,进一步采用单发多收和多发多收两种方式对单个目标和多个目标计算出其声场分布。数值仿真结果表明可以较好地实现对目标的检测和定位。比较发现,单发单收方式和多发多收方式都得到较好的结果,但多发多收方式计算耗时过多,因此不宜采用。另外,对多个目标的探测提出了改进方法。     

高次谐波体声波谐振器的有效机电耦合系数

高次谐波体声波谐振器HBAR (High-overtone Bulk Acoustic Resonator)由基底、压电薄膜和上下电极组成,系统地研究了它们的结构参数(厚度)和性能参数(特性阻抗)对HBAR的重要性能参数有效机电耦合系数K_eff²的影响。在谐振频率附近,通过将HBAR的分布参数等效电路简化为集总参数等效电路得到了它们之间的关系表达式,分析了K_eff²在所关心频率最近谐振点的变化情况。结果表明,保持压电薄膜厚度不变,连续增加基底厚度,K_eff²呈振荡(非单调)下降,当基底厚度达到一定值时K_eff²与厚度成反比下降;保持基底厚度不变,连续增加压电薄膜厚度,K_eff²的峰值随基底和压电层的特性阻抗之比增加快速下降,到达极小值后缓慢增加;选择低阻抗的熔融石英作为基底可以获得较大的K_eff²;与Al电极相比,Au电极选择适当厚度可以获得较高的K_eff²。上述揭示的一些规律为HBAR的优化设计提供了理论依据。     

时间反转和逆时偏移混合法用于层状介质中目标的声学检测和定位

一般超声回波检测、时间反转和逆时偏移技术,都不能将界面附近的目标(缺陷)检测出来。这是因为目标反射波和界面(或底面)反射波相重叠的缘故。虽然改进的时间反转法(即换元的时间反转法)能够区别目标和界面(或底面),但还是不能定位。本文提出一种时间反转和逆时偏移混合方法。分析和仿真结果表明该方法不但能够鉴别出层状介质中的目标,而且可以定位。对于多个目标,也能给出其位置分布图。特别地,本文方法对于分层介质中的缺陷和浅海海底下的目标检测和定位具有重要的潜在价值。     

广义变幅器理论——有负载情况下变幅器特性研究

考虑到变幅器是有负载的,而不是自由谐振的,我们可以将现有的变幅器加以推广,并建立起广义变幅器理论。在此情况下,振幅放大不仅可以在变截面杆的截面小的一端获得,而且在等截面杆中,甚至在变截面杆大的一端发生。
这种推广将变幅比跟负载的阻抗匹配联系起来了。因此可以根据负载来选择最佳的变幅比。     

压电晶体半空间弹性波场的表面激发的分析（Ⅱ）——广义Green函数

由于相应于压电晶体半空间弹性波场表面激发的广义Green函数是与激发伏况无关而仅取决于材料参数和取向,所以它们能够预先独立地给予研究。
可以证明广义Green函数可以写成分别对应表面波、体波和静电效应三部分之和。
我们也证明广义Green函数的表面波部分和远场体波部分可以有解析表达式。于是被激发的弹性波场中表面波场和体波远场可以严格估计。
最后作为例子,我们给出了6mm类晶体的广义Green函数。     

压电条SH声辐射场研究

具有一定宽度和厚度的无穷长压电条置于均匀各向同性半空间上, 压电条在电激励下产生机械振动从而在整个空间产生声场. 将压电条取为6mm晶系, 其对称主轴沿长度方向. 针对这 种压电换能器结构, 深入研究了SH波的激发和辐射特性. 首先将压电条中的声场展开为傅里 叶级数, 而将压电条下的无界半空间中的声场展开为傅里叶积分, 然后根据边界条件得到了 整个空间中声场的求解方案, 通过数值模拟计算了声场的分布特性, 并和传统方法进行了定 量的对比和分析. 最后采用最陡下降法(鞍点法)研究并得到了压电条声辐射场的远场近似表 达式, 分析了声场的指向性规律. 结果表明只有当频率f和压电条宽度a的乘积 fa<1 kHz·m 时, 传统方法得到的结果是可靠的，当频率升高时，压电条内应力和位移呈振荡式分布，频率愈高振荡愈激烈，且与传统方法的差异愈大.本文对声学微系统与声传感器件的研究具有 重要意义. 关键词： 压电条 6mm晶系 表面位移 指向性因子     

An Analytical Method for Calculating P-SV Acoustical Field Excited by a Piezoelectric Strip with Finite Width and Thickness

A piezoelectric strip with finite width and thickness is placed on top of an isotropic elastic half-space. Acoustical field can be excited when a voltage is across the piezoelectric strip. An analytical method is presented to calculate the acoustical field by the dynamics characteristics of the piezoelectric strip. Considering the piezoelectric strip as an anisotropic material of the 6 mm-type crystal system, we study the two-dimensional P-SV acoustical fields inside the piezoelectric strip and the isotropic half-space. The displacement and stress distributions are analysed thoroughly. The effects of the width and thickness of the piezoelectric strip and other parameters on the acoustical field are also analysed.