螺栓轴向应力测量技术的研究概况及展望

重点介绍了超声波测量螺栓应力的原理和方法,指出该测量方法存在的挑战并提出研究新思路.利用压电材料的特性,在螺栓的头部粘接一层压电陶瓷,制成压电传感式螺栓;通过用一种集超声波发射接收器、信号采集装置及分析处理系统于一体的小型便携式超声波测试仪,产生高压电脉冲加到压电陶瓷上,使其产生超声波;超声波在螺栓中传播,返回信号由采集接收装置接收并被分析处理,并将当前螺栓的应力状态在屏幕上反映出来.这种方法,可避免耦合层的不均匀性带来的测量误差,实现应力、预紧力的高精度测量和控制.     

管道检测用圆弧形复合超声波振子设计

针对自主研发的球形管道检测器的定位需求,采用圆弧形压电陶瓷与检测器金属球壳本体相结合的方式,设计了一种圆弧形复合超声波振子.基于压电方程,采用直接耦合分析方法将机械参数和压电参数统一到同一个分析式中,对圆弧形压电陶瓷与金属球形壳体的耦合振动特性和机电能量转化效率进行理论分析.在此基础上,通过基于有限元的数值仿真方法对其...     

单片机在压电陶瓷超声波换能器中的应用

共振频率是压电陶瓷超声波换能器的—个重要参数，它随负载及工作温度等因素的变化而变化，或随使用时间的增加而变化，换能器馈电电路的工作频率是否能自动跟踪其共振频率尤其重要，应用单片机控制标称共振频率为28kHz的压电陶瓷超声波换能器馈电电路的工作频率可取得理想的效果。     

一种新型级联式高强度功率超声压电陶瓷换能器

基于传统夹心式压电陶瓷换能器,提出了一种新型级联式高强度功率超声换能器。该换能器由多个半波长夹心式压电陶瓷换能器通过电端并联及机械端串联而成。基于一维理论,得出了换能器的六端机电等效电路,分析了换能器的电阻抗频率特性,并给出换能器的共振频率方程。研究了不同振动模态下,换能器的共振频率、反共振频率以及有效机电耦合系数与压电陶瓷晶堆间距的依赖关系。实验制造2个级联式功率超声换能器,并对其共振频率和有效机电耦合系数进行了测试,实验结果与理论分析相吻合。此类级联式高强度功率超声换能器可望在超声波液体处理、超声波加工等大功率超声技术中获得应用。     

瓷套式电缆终端油位的超声检测

在对超声波在陶瓷/硅油界面、陶瓷/空气界面的声压反射率、声强透射率进行理论分析的基础上,实验研究了陶瓷/硅油界面、陶瓷/空气界面超声反射回波特征。研究发现,相同检测条件下,陶瓷/空气界面比陶瓷/硅油界面超声第一次界面回波高度高出约2d B,耦合状态易淹没这种差异。但是,两种界面的多次界面回波总体规律性却比较明显,超声波在陶瓷/硅油界面的衰减较陶瓷/空气界面大很多。在上述研究结果的基础上,文中提出了基于界面回波衰减规律确定界面性质进而确定液位高度的超声液位检测方法,并指出了该方法应用于实际生产需深入研究的内容。     

超声波电机的应用领域拓展

超声波电机是一种利用压电陶瓷的逆压电效应使定子产生超声振动，并通过定子和转子间的磨擦来驱动转子运动的新型电机，工作原理不同于传统的电磁电机。本文简单介绍了超声波电机的发展历史及到目前为止超声波电动机的应用研究，并在此基础上指出超声波电机的发展方向。     

退火对Pb_(0.925)Ba_(0.075)Nb_2O_6-0.5wt.%TiO_2压电陶瓷结构及电学性能的影响

采用传统固相法制备了Pb0.925Ba0.075Nb2O6-0.5wt.%TiO2(PBN-T)压电陶瓷,并详细研究了退火对PBN-T陶瓷的结构、介电及压电性能的影响规律。实验中选取退火温度为500~800℃,退火时间为12~168h,退火气氛为空气中无额外Pb2+源、空气中含额外Pb2+源及氮气中含额外Pb2+源。结果表明:陶瓷的电学性能与退火参数密切相关,在600℃、氮气中含额外Pb2+源气氛下退火73h的陶瓷试样具有较佳性能,其居里温度为523℃,室温下压电常数为85pC/N,极化试样经500℃热处理后仍具有较高的压电常数82pC/N。     

点缺陷正方晶格声子晶体的大尺寸压电陶瓷复合换能器

为了保证大尺寸夹心式压电陶瓷复合换能器的纵向工作效率,减少纵、横振动之间的强烈耦合,改善换能器前辐射端面的纵向位移分布均匀度,本文在大尺寸夹心式压电陶瓷复合换能器的前盖板上,加工了3行3列与换能器轴向平行的按正方晶格排列的二维空气圆柱孔,并通过改变3×3超元胞中心空气圆柱孔的半径来引入点缺陷,构造基于半径异常型点缺陷的二维正方晶格近周期声子晶体.该设计不仅可以利用晶体在径向的不完全带隙对大尺寸压电陶瓷复合换能器的横向振动进行抑制;还可以利用点缺陷的Anderson局域化特性,调控局域声场的强度和相位,进一步改善前盖板辐射面的位移分布均匀度;另外,本文分析了点缺陷空气圆柱孔的结构参数对换能器纵向共振频率以及纵向振动位移分布的影响规律.仿真结果表明,基于点缺陷声子晶体的大尺寸压电陶瓷复合换能器能够有效抑制换能器轴向的杂散模态、大幅优化辐射面纵向位移分布,改善大尺寸压电陶瓷复合换能器的性能.     

压电陶瓷的应用进展与发展趋势

概述了压电陶瓷的发展现状,详细介绍了其在压电频率控制器、压电变压器、压电换能器和压电超声马达等方面的应用情况,最后从无铅压电陶瓷、压电复合材料和纳米压电陶瓷等几个方面探讨了其发展趋势．     

新型柔性压电薄膜在管道泄漏检测中的应用

针对传统固体压电陶瓷式压电探头安装结构复杂、响应频率范围窄、对于复杂曲面不适应等缺点导致的在管道泄漏检测中灵敏度不高、检测范围较近等问题,提出一种采用新型柔性压电薄膜作为声发射传感器的管道泄漏检测方法。首先,将偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物P(VDF-TrFE)高分子柔性压电薄膜与传统压电陶瓷式、空气耦合式3种传感器布置于管道表面;然后,采用软硬件结合的方式采集不同状态下的管道壁面信号;最后,通过FFT等时频域信号处理算法对采集信号进行分析处理,通过时域和频域波形特征判断管道泄漏状态。实验结果表明：在泄漏信号响应方面,新型P(VDF-TrFE)柔性压电薄膜相比传统压电陶瓷式传感器表现出了更高的灵敏度和更大的响应值,能够检测出更小的泄漏,且该类型传感器受安装以及位置角度的限制较小;随着泄漏源距离的增加,P(VDF-TrFE)柔性压电传感器的衰减程度较压电陶瓷和空气耦合式传感器低,能够检测出更远距离的泄漏;P(VDF-TrFE)柔性压电传感器能够作为一种新型的声发射传感器应用于地埋管道泄漏等复杂结构损伤失效检测中,具有重要的研究意义和应用价值。     

多频扭转夹心式换能器研究

研究了一种可以工作在多个频率段的扭转夹心式换能器．该换能器由前后金属盖板、两组周向极化压电晶堆及电负载组成．分析了接电负载压电圆管的扭转振动特性，推出了其机电等效电路和共振频率方程．利用等效电路方法，给出了换能器的共振频率方程，并得到了换能器的共振频率与负载阻抗曲线，为此类换能器的设计提供了理论依据．该换能器可望应用于超声焊接、超声加工及超声马达等领域．     

管形径向复合压电陶瓷超声换能器

对一种圆管形径向复合压电陶瓷超声换能器径向振动特性进行研究.该换能器由径向极化薄壁压电陶瓷短圆管与薄壁金属短圆管径向复合而成.基于弹性力学理论和机电类比原理,建立了换能器径向振动机电类比等效电路,并推导出其径向共振频率、反共振频率方程及有效机电耦合系数的解析式.实验加工了一些径向复合换能器样品,并对其径向共振频率及有效机电耦合系数进行了测试.结果表明,理论与实验测试结果相吻合.     

超声测距换能器振动系统的理论设计与测试

讨论了采用复合压电振子的测距换能器振动系统的设计方法,推导出在自由边界条件下复合压电振子的频率方程.找出某一特定频率下测距换能器的几何参数,并进行相同尺寸下的测距换能器实验验证.最后得到设计测距换能器振动系统的几何参数.     

夹心式纵-弯复合振动模式超声换能器的研制

研究了一种新型的夹心式纵－弯复合振动模式压电超声换能器．这种换能器用两套压电陶瓷片分别产生纵振动和弯曲振动．利用波动方程的通解,再加上边界条件,推出了纵振动和弯曲振动的频率方程．由频率方程设计出换能器的尺寸,使两种振动模式工作在同一频率．为验证设计理论,制做了一个频率为１０ｋＨｚ的换能器．实验结果表明,换能器的共振频率与设计值基本吻合．     

一种新型径向复合压电陶瓷超声换能器径向振动特性研究

研制了一种新型径向复合压电陶瓷超声换能器,并对其径向振动特性进行了理论及实验研究.该换能器由一个厚度方向极化的压电陶瓷薄圆环及一个金属圆环组成.对压电陶瓷圆环和金属圆环的径向振动分别进行了分析,得到了各自机电等效电路.在此基础上,利用换能器径向力及径向振动速度的连续条件,得出了压电陶瓷径向复合超声换能器机电等效电路及其共振频率方程.分析了换能器的共振及反共振频率、有效机电耦合系数与其几何尺寸之间的关系.结果表明,在换能器压电陶瓷圆环内外半径保持一定情况下,换能器半径比增大时,共振及反共振频率随之增大.对于换能器第一阶径向振动,其有效机电耦合系数随半径比增大单调增大,而第二阶径向振动有效机电耦合系数随半径比增大单调减小.     

矩形辐射体夹心式复频超声换能器研究

研究了一种具有多个共振频率的矩形辐射体夹心式复频超声换能器．换能器由圆柱形后盖板、压电陶瓷晶堆及矩形六面体前盖板组合而成．根据表观弹性法和一维纵向振动理论。给出了此类复频超声换能器横向（x，y方向）及纵向（z方向）共振频率方程．用有限元法对给定具体尺寸的此类换能器进行了模态和谐响应分析，得出了其频率输入导纳曲线．理论和数值计算分析表明。此类超声换能器具有多个共振频率，可在不同振动模态上工作，达到了利用同一尺寸超声换能器产生多个共振频率的目的．     

压电陶瓷位置对换能器耦合振动特性的影响

基于表观弹性理论,给出了压电陶瓷晶堆处于不同位置时耦合振动换能器的设计方法.在理论推导的基础上,借助有限元软件Ansys,研究了晶片位置对换能器耦合振动特性的影响.结果表明,随着陶瓷晶堆远离换能器位移节面,有效机电耦合系数和动态电容逐渐减小,静态电容、动态电阻和动态电感增大.同时,加工了相应尺寸的换能器,对其性能参数进行了测试,理论计算和实验测量结果符合较好.     

压电换能器的声非线性

通过对输入回路中的电流进行谐波分析,得到了在不同输入信号电压下的非线性信号强度,并以此来表征压电换能器本身振动非线性的大小。     

压电式超声振动切削系统的研究

分析了超声振动切惧的振动规律，提出了采用高铲的压电换有器以及直接驱动 的新式振动切削系统进行精密切削的新方法，并分析了该系统级联晶片的振动特性和电路匹配问题，实验结果表明，该系统能有效地提高机械提高机械精密加工表面质量和精度。     

热超声封装高频换能器的动力学优化设计

为提高热超声封装效率、降低封装温度,研究了高频超声换能器的动力学优化设计．基于一维振动和波动理论,建立了换能器的解析模型,得到了压电振子、指数形聚能器和劈刀的波动方程．借助有限元分析软件ANSYS参数化建模,分别对压电振子和聚能器进行优化设计．考虑材料、形状和尺寸对其振动特性的影响,得到了换能器最优模型．通过阻抗分析仪和多普勒激光测振仪对换能器进行电谐振和机械谐振测试．实验结果表明,该换能器在其工作频率附近不存在非纵振模态和其它寄生的振动形式,从而方便了超声信号发生器设计.