新型复合结构超声换能器的研制

为提高超声换能器的性能,提出一种新型的复合结构超声换能器,这种结构的超声换能器在同一只换能器中使用两种压电材料--压电陶瓷(PZT)和压电薄膜(PolyyinylideneDifluoride,PVDF),前者用于发射;后者用于接收.应用KLM(Krimholtz,LeedomandMattaei)机电耦合等效电路模型对这种换能器作了理论上的分析,并实际制作了这种复合结构的超声换能器.理论和实验结果均表明,该复合结构的超声换能器具有较小的输入功率损耗和相对较短的回响.     

锚喷厚度的测定

作者采用超声波作波源,用水泥、沙、石头等原料制成的混凝土灌制在岩石上,作为被测对象,测出混凝土的厚度。实验使用的仪器是SYC-2型声波岩石参数测定仪,该仪器由接收机和发射机组成。发射仪器产生宽度可调的负方波,通过小电缆线加在压电晶体换能器(发射探头)上,产生超声波。超声波通过被测物质传播,被接收换能器(接收探头)转换成电信号,通过电缆线送入接收机放大,显示在示波器上。在厚度测试试验中,发射探头和接收探头均放在混凝土块表面,故反射波的走时方程为:。其中Δ为两探头间的距离,H为混凝土厚度,v为波速,t为反射波到时。其中Δ可直接量出,v也可测出。故只要把反射波的初至到时t读出,就可通过上述方程式解出在实际情况中,反射波初至的拐点是不好辨认的,接收探头接收的波形中,由于有很多震相的迭加而有很多的拐点,但在这     

考虑电极层影响的KLM模型计算方法

以往在使用KLM等效电路模型进行压电超声换能器的性能分析时,通常忽略电极层的影响以简化计算。但这种处理方法在分析超高频换能器时会带来较大的分析误差。该文以KLM等效电路模型为基础,引入电极层声学特性参数,提出了基于二端口级联网络的计算超声换能器传递函数的方法。并用该方法计算了3种不同材料(PZT-4、PVDF和Y-36°LiNbO3)的超声换能器在不同中心频率下,电极层厚度对压电超声换能器传递函数的影响。结果表明,对于压电材料声阻抗与电极声阻抗相差较大的超声换能器,需要考虑电极层的影响。     

混凝土强度现场超声测试中的问题与修正方法研究

超声波法是根据超声脉冲在混凝土中传播的规律与混凝土的强度间存在一定关系的原理,通过测定超声脉冲的有关参数,然后依据测定的参数推断混凝土强度的一种检测方法。其检测原理是:超声仪产生高压电脉冲,激励发射换能器内的压电晶体获得高频声脉冲;声脉冲传入混凝土介质中,由接受换能器接收通过混凝土传来的声信号,测出超声波在混凝土中传播的时间和距离,算出超声波在混凝土中的传播速度。超声波的传播速度与混凝土的密实度有关,而混凝土的密实性又与其强度有一定关系:对于一定配合比的混凝土,强度愈高波速越大,反之愈小。影响超声测强的因素较多,有水泥品种及用量、骨料最大粒径、混凝土的含水率和混凝土的龄期等。     

混凝土检测的超声波发射系统研究与设计

用锆钛酸铅（PZT）陶瓷制成超声换能器向结构体中发射超声波,以实现结构损伤的在线无损检测．针对混凝土结构损伤中主动超声检测的技术特点,研制了一种基于PA96的PZT高压大功率驱动放大电路,详细说明了该电路的设计原理、性能及影响因素．实验结果表明,该功率放大电路具有输出电压高、频带宽、驱动力强、稳定性和线性度好等优点。可满足超声波发射系统中超声波发射驱动的要求．     

超声相控阵探头声场优化设计仿真

超声相控阵技术是近年来无损检测领域的研究热点.通过对超声阵列换能器中各个阵元施加独立的相位控制,可实现声束的偏转和聚焦.它可以灵活地采用多种扫描方式进行检测,检测速度快,灵敏度、分辨力与信噪比高,能检测形状复杂的物体.在相控阵超声成像检测中,要获得分辨率高的声聚焦和清晰的图像,声场的好坏是关键,而声场主要取决于阵列换能器的设计,因此阵列换能器在相控阵超声成像检测中是至关重要的.文中以线性阵列探头为研究对象,通过改变探头的参数进行仿真分析,提出优化阵列的设计方法.     

深井和超深井声幅声速测量用的压电陶瓷换能器

为了了解地层的地质结构及油井的固实程度,用超声方法进行声速、声幅测量是常用的重要方法之一。这种方法的基本原理是:一个发射型压电换能器,由于电致伸缩效应使其产生超声波,然后声波经过介质传至固定距离的另一个接收型压电换能器,测量声波在不同介质里传播速度的不同,可判断地层的地质结构;测量声波幅度在同一介质中由于该介质稠密不同而引起的变化,可以判断油井固实程度。随着我国石油工业的飞跃发展,对压电陶瓷换能器性能要求越来越高。这是因为油井越打越深,超过5000米以后,由于地热的关系井下温度较高,可达160℃以上,并且压力也越大。用锆钛酸铅(称为PZT)及铌镁锆钛酸铅(称为PCM)压电陶瓷制作的换     

驻波法测声速的原理研究

压电换能器是一种能够将机械能和电能互相转换的功能性材料。利用压电发射换能器将信号源发射出的电信号转变为声波信号,并将声波近似地看为平面波。经过压电接收换能器的反射,在其界面上形成的两列振幅相同、频率相同的波相干叠加产生了驻波。利用示波器与压电接收换能器相连,在示波器上可以观察到压电换能器形成的声压波形以及振幅的大小。移动接收换能器记录声压处于极大值时发射换能器与接收换能器之间的距离。利用该方法测量多组数据,并用逐差法即可求得声速。     

水泥混凝土路面厚度超声检测仪及其应用

水泥混凝土路面厚度超声检测仪及其应用林维正，袁益镛，孙长俊，洪有根，潘永东介绍水泥混凝土路面厚度超声检测仪和宽带换能器的设计，利用超声反射法检测厚度，对复杂的反射信号用分离谱方法进行处理．可帮助判别反射信号位置．该仪器在多个工程实际中检测应用，误差在...     

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.     

波包分解技术在合成孔径聚焦成像中的应用

在各种无损检测方法中,超声回波法是探测钢筋混凝土结构最有潜力的方法之一.为了增加探测范围,一般使用比较低的超声频率进行探测,但是在对混凝土内部成像时,各种干扰信号的出现造成了低信噪比.合成孔径聚焦技术（SAFT）能够对反射信号进行有效聚焦,提高图像分辨力.由于激励波形频率低,时宽大,反射波包在聚焦过程中会产生很大的变形,影响了探测分辨力.因此引入了波包分解技术,能够将反射波包整体进行聚焦运算,克服了波包变形问题,能够更有效聚焦,提高混凝土探测成像的分辨力.此外,由于参与SAFT运算的点大量减少,可以提高成像运算速度.利用仿真实验对这种方法进行了验证,结果表明,这一方法的成像目标定位能力大大增强,能够获得更好的成像效果.     

超声波在流量测量技术中的应用

1　前言超声波是一种机械波 ,它方向性好 ,穿透力强 ,遇到杂质或分界面会产生显著的反射。利用这些物理性质 ,可把一些非电学量参数转换成声学参数 ,通过压电元件转换成电量 ,这样就可以通过超声波传感器进行无损探伤、测量厚度、流速、流量、密度及液位等。本文仅对超声波在流量测量技术方面的应用作以介绍。2　超声波的激发与接收超声波换能器也称为超声波探头 ,即超声波传感器。可以利用压电材料的逆压电效应制成超声波发射头 ,利用压电效应制成超声波接收头。由于压电效应的可逆性 ,在实际使用中 ,有时用一个换能器兼作发射头和接收头。…     

新型宽带圆管换能器研究

提出了一种实现圆管换能器宽带指向性发射的方法.从压电陶瓷圆管模态激励方式和换能器宽带形成机理研究出发,应用有限元方法对压电圆管换能器进行研究.利用Ansys软件建立了圆管换能器的有限元模型,旨在优化换能器结构,分析换能器振动特性、电导特性和辐射特性.在此基础上,设计和制作了一个采用复合激励方式、利用压电圆管一阶呼吸模态和二阶偶极子模态的宽带指向性圆管换能器.结果表明:换能器工作带宽为15~30 kHz,发送电压响应起伏不超过±4dB,具有良好的心形指向性.     

利用激光超声声谱技术研究凝聚态物质

利用脉冲激光在凝聚态物质中激发起声,并利用光干涉仪或压电换能器接收脉冲超声信号,即激光超声声谱技术,已广泛用于研究凝聚态物质的弹性性质和结构检测。近来特别发展了利用激光超声技术定征固体材料的热学特性,同时发展用于研究具有生物活性的物质的光解反应动力学和热力学过程,获得了非常满意的结果。     

新型挤压膜气体轴承的研究

为了有效地克服传统气体轴承的缺点,利用超声波悬浮以及压电效应,研制了一种新型的挤压膜气体轴承.通过对弯曲振动模式下挤压膜轴承可悬浮质量与影响参数的关系讨论,选用硬铝金属外壳、锆钛酸铅压电陶瓷来设计挤压膜轴承的核心--压电弯曲换能器,并分析了它的一阶谐振频率以及与半径、厚度的关系,制作出满足挤压膜轴承工作谐振频率(20 kHz)要求的压电弯曲换能器.通过挤压膜气体轴承实验单元和线性导向系统实验,测量比较了悬浮质量与悬浮间隙的关系,验证了所做的理论分析和数值计算,取得了较好的一致性.这种新型轴承由于是在超声振动作用下获得悬浮支承,在结构上比静压气体轴承简单,因此在低速和静态时优于动压气体轴承,具有很好的应用前景.     

基于PZT薄膜的高频压电式微机械超声换能器的仿真与制备

压电式微机械超声换能器(PMUT)是当前生物医学超声成像领域的研究热点.锆钛酸铅(PbZrO₃-PbTiO₃,PZT)压电薄膜是近年来微机械超声换能器使用的核心压电材料.基于PZT压电薄膜,使用有限元软件COMSOL Multiphysics创建了三维有限元仿真模型,并在(0,1)模态下研究了压电薄膜结构的几何参数,其谐振频率达到22.12 MHz,有效机电耦合系数(k_eff²)为5.13%.采用光刻和刻蚀方法制备了PZT压电薄膜的PMUT单元原型器件.该器件的空腔结构完整,谐振频率在(0,1)模态下为25.87 MHz,仿真与测试结果相似,振动模态较纯,振动位移性能较好.研究结果表明:采用PZT压电薄膜的PMUT在高分辨率、高频医学超声成像中具有较好的应用前景.     

水泥混凝土路面厚度超声检测仪及其应用

介绍水泥混凝土路面厚度超声检测仪和宽带换能器的设计，利用超声反射法检测厚度，对复杂的反射信号用分离谱方法进行处理，可帮助判别反射信号位置，仪器在多个工程地检测中应用，误差在５％左右。     

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。     

水声换能器发展中的技术创新

从功能材料和结构工艺两个角度对水声换能器的发展历程和技术创新进行综述。在功能材料方面,主要介绍了采用磁致伸缩材料和压电单晶对换能器设计和性能的影响。在结构和工艺方面,分别从改善波束特性、改善频率特性、提高发射声功率、增大耐静水压能力4个方面对换能器的结构和工艺设计进行分析。针对一些典型的换能器,如:低频换能器、宽带换能器、特殊波束换能器、大功率换能器以及深水换能器等,指出了被广泛接受的新概念与新设计,这些设计方法虽基于水声换能器,却可为更广泛领域的换能器设计提供借鉴思路。     

Hg2I2声光器件换能器带宽及镀层厚度的确定

采用环氧树脂聚合物作为换能器与Hg2I2声光介质的缓冲层(粘接层),设计了Hg2I2声光器件的换能器.根据换能器等效电路网络分析法,就x切LN/Hg2I2声光器件的电极层各种金属材料和厚度计算了换能器损耗TL随归一化频率f/f0的变化关系.从声光器件的布喇格带宽和工艺条件出发,优化选择了换能器损耗为3dB范围内的换能器结构、电极层材料及其厚度和压电层厚度,并确保了换能器的倍频程带宽.