压电单晶材料常数测量超声共振谱分析仪研究

日益增长的新材料表征需求成为驱动超声共振谱分析仪发展的动力,而小尺寸、试样形状非规则等一系列个性化需求使得现有的超声共振谱分析仪已无法满足要求。该文借助实验室已有的通用超声测量仪器RAM 5000/SNAP,搭配相应的压电换能器,实现试样激发和共振谱数据采集,基于LabVIEW和MATLAB开发了界面友好的仪器操作界面、实现了Ritec仪器自动控制。此外,该文提出了一种将粒子群和模拟退火算法相结合的高性能优化算法,用于实现各向异性材料常数逆运算的求解。利用商用有限元软件COMSOL和Matlab接口程序,完成试样本征频率的正向计算和模态自动分析,可扩展到不规则、任意形状样本材料常数的测量。仪器的主要性能指标包括扫频范围为10 kHz~33 MHz,扫频分辨率为50 Hz。另外,由于Ritec测量仪器兼具线性和非线性声学测量功能,故本仪器可以自然地扩展成为非线性超声共振谱分析仪。最后,测量了各向异性材料硅酸镓镧的弹性和压电材料常数,测量结果准确,验证了研制仪器的性能。