800Hz Terfenol-D鱼唇式弯张换能器

本文研制了800Hz Terfenol-D鱼唇式弯张换能器，换能器设计中采用永磁偏磁场和能有效抑制涡流损耗的闭合磁路结构，最高声源级185dB，-3dB带宽180Hz,这种鱼唇工弯张换能器克服了连续直流提供偏磁场时发热强的缺点，并且仅需要普通的功率放大器，更适于长时间连续工作，使这一新型低频大功率水声换能器趋于实用化。     

爆电换能脉冲大电流输出研究

 基于爆电换能原理,使用掺铌的PZT 95/5陶瓷组装换能器件,在垂直工作模式下,对爆电电源LRC电路响应进行了理论分析,并开展了脉冲大电流输出实验研究。实验采用多组PZT 95/5铁电陶瓷并联,利用平面波发生器作为冲击加载手段,获得了峰值5 kA以上的脉冲大电流,初始电流上升速率可达10~20 GA/s。实验结果与理论设计符合较好。     

稀土Tonpilz换能器的有限元设计法

当Tonpilz换能器组件迥横截面面积之间相差较大时,应力,应变会有一定的突破,边界条件将不很连续,用四端网络方法设计会带来较大的误差,本文用有限元方法,设计并研制了一稀土Tonpilz型换能器 实验测试表明,与四端网络设计法相比,有限元方法具有更好的设计精度。     

夹心式压电换能器的谐振频率跟踪方案设计

分析了夹心式压电换能器的阻抗特性,讨论了基于相位方式的现有跟踪方案的不足,提出了一种新的频率跟踪方案,介绍了实现该方案的电路系统。该方案的特点是:采用先扫频后跟踪的策略,解决了频率范围设定难的问题;增加解锁控制,使得系统在死锁或误跟踪时自动回到频率搜索状态;采用直接数字合成器(DDS)作为频率调整和信号产生的器件,实现了全数字系统,调整方便,精度高;采用复杂可编程逻辑器件(CPLD)做相位比较和DDS控制,使频率跟踪速度快,并且跟踪精度和速度均可控制。     

Design of interdigital transducers for crack detection in plates

Interdigital transducers (IDT) for non-destructive evaluation (NDE) of cracks in plates are designed based on an analytical model established previously. Key considerations include mode selectivity, excitation strength, collimation of wave and cost. The advantage of mode selectivity of IDT over PZT patch is presented both analytically and experimentally. Effects of parameters, namely finger spacing, width, length, number of fingers, and the size of IDT, on the excitation strength and mode selectivity are considered. This led to the design of a mobile double-sided IDT as an efficient device where excitation strength is strong and focused. The device was fabricated in-house using commercially available piezoelectric ceramics and used to develop a procedure for accurate identification of the direction and extent of cracks in plates. Three aluminum plates, one with a linear deep crack, another with a piecewise linear shallower crack and the third with a curved crack, were used to illustrate the accuracy and efficiency of both the proposed device and procedure for effective NDE.     

多元相控聚焦探测器的方向特性

研究了多元线性阵列探测器的主频、阵元个数和阵元间距对探测器方向性的影响.实验结果表明,采用主频为2～5 MHz,阵元数为5～15,阵元间距为0.3～0.9 mm的多元线性阵列探测器,其方向性好,将有利于光声信号的探测与成像.     

驻波法测量声速实验的讨论

根据声波在2个换能器之间多次反射和声波在空气中的衰减,研究了驻波法测量声速实验中接收器输出信号随接收器到发送器间距离的变化.理论推导结果表明:声波在一般情况下不是严格的驻波,但是当反射比接近-1时则是双曲函数形式的驻波,这与实验测量结果一致.只有接收器到发送器的距离比较远,反射比接近-1时,才能得到几乎理想的驻波.     

锥形剖面径向复合超声换能器的机电等效电路

研究了一种锥形剖面径向复合超声换能器。该换能器由一个等截面内金属圆环、一个轴向极化的压电陶瓷圆环和一个锥形剖面外金属圆环沿径向复合而成,且换能器的径向尺寸远大于高度。锥形剖面外金属圆环满足关系式h=h₀r,h₀为厚度变化常数。基于平面应力径向振动理论,推导了换能器的机电等效电路,得到了共振频率方程和反共振频率方程,进而研究了换能器的振动特性。并将理论计算的第1阶、第2阶径向共振频率和反共振频率与数值仿真结果相比较,二者结果一致。研究表明:锥形剖面换能器第1阶、第2阶径向共振频率、反共振频率、有效机电耦合系数不仅与换能器各部分的材料、径向几何尺寸有关,还与h₀有关。h₀越大,第1阶径向共振频率、反共振频率越大,有效机电耦合系数先增大后减小。与等截面相比,锥形剖面换能器沿径向向外辐射声波,辐射面积更大,辐射声功率更高,指向性更好。     

用于矢量水听器的低频高灵敏度层合梁加速度传感器

压电加速度传感器是同振型矢量水听器的核心部件。为了满足低频高灵敏度矢量水听器的应用需求,提出并研究一种具有层合梁结构的低频高灵敏度加速度传感器。结合弹性力学和压电方程推导层合梁加速度传感器的加速度灵敏度解析解表达式,通过有限元仿真对层合梁加速度传感器尺寸进行优化,给出优化后的尺寸范围。从优化的尺寸范围中选取两种不同尺寸进行加速度传感器振动特性的仿真分析及实物制作(其中压电材料为PZT-5)与性能测试。仿真与测试结果均表明,相比已有的同尺寸金属梁加速度传感器,层合梁加速度传感器可以有效降低谐振频率并提升加速度灵敏度。当压电层厚度为0.5 mm时,加速度灵敏度最大提升3.9 dB,谐振频率下降23%。测试结果与理论分析相符。     

Properties of cat-eye modulating retro-reflector and its application with piezoelectric transducer

Piezoelectric cat-eye modulating retro-reflector (MRR) is the core component of an acousto-optic retro-identification system. The influence of the optical parameters (link distance l, lens focal length f and the detector diameter r) to the cat-eye effect was analyzed theoretically and experimentally. A piezoelectric cat-eye retro-identification (PCERI) system was built, and an information transmission ratio of 2 kHz was achieved which can satisfy an access control system.