标准超声换能器辐射电导的电学法测量

基于串联共振等效电路得到的超声功率表达式,阐述了用4192A型阻抗分析仪测量标准超声换能器辐射电导的方法.将电学法测量的辐射电导与基于辐射压力法的毫瓦级超声功率国家基准装置的测量结果进行了比较,结果表明:标称频率为2.5、5.0 MHz的石英晶体标准换能器的辐射电导的测量误差分别为0.35%和2.11%,在电压表误差≤1%的情况下,可以保证换能器辐射的超声声功率误差≤3%.实验研究证实该方法是一种简便、准确可靠的方法,不但可以对使用辐射压力法所得到的结果进行比对,也可以作为新的计量基准或标准使用.     

标准换能器辐射电导的电学法测量研究

本文基于串联共振等效电路得到的声功率表达式,阐述了用4192A型阻抗分析仪测量标准超声换能器辐射电导Gr的方法。将电学法测量的辐射电导与辐射压力法的毫瓦级超声功率国家基准装置所测量结果进行比较,结果表明,标称频率为2.5MHz、5MHz的石英晶体标准换能器的辐射电导的误差分别为0.35%和2.11%,在电压表的误差小于或等于1%的情况下,可以保证换能器辐射的超声声功率的误差≤5%。实验研究证实该方法是一种简便、准确可靠的方法,不但可以对辐射压力法所测换能器声功率的标准换能器进行比对检验,也可以作为新的计量基准或标准使用。     

考虑表面粗糙度的接触式超声衰减系数校正方法

材料的表面质量会显著影响超声衰减系数的准确测量。根据表面粗糙度对垂直入射的超声波束传播的影响,提出了考虑表面粗糙度的接触式超声衰减系数校正方法。首先基于未耦合时粗糙界面反射系数校正理论和光滑界面耦合时的反射系数计算公式,推导出耦合时粗糙界面的反射系数表达式。在此基础上结合衰减系数计算公式提出了包含粗糙度信息的接触式超声衰减系数校正方法。最后,制备了不同表面粗糙度的45钢和304不锈钢柱体试件,搭建了衰减系数超声测量平台,通过实验分析了表面粗糙度对信号时域和频域的影响,验证了提出的校正方法的有效性和实用性。实验结果表明,提出的衰减模型能有效补偿粗糙度引起的超声背散射信号衰减,透射法相对测量误差在6%以内。     

一种新型脉搏换能器的研制

脉诊是一种传统的诊断方法,通过检测和分析脉象的变化,可以了解人体气血的运行情况、脏腑生理病变等信息。本文阐述了作者在研究了聚合物基复合压电材料后,利用其具有高可挠性和低声阻抗性,研制成了性能优异的脉博换能器,为中医脉象的正确诊断提供了一个方便的手段。实验表明,该脉博换能器具有结构简单、组装容易、体积小,耐冲击、重复再现性好、可消除外界干扰信号等优点,完全能满足中医脉象研究的需要。     

水声共形阵障板影响和阵元互耦计算及发射波束优化

基于边界元理论并结合优化方法, 提出了计算水声发射换能器共形阵驱动电压加权向量的新方法, 该方法可以控制发射波束的旁瓣并获得良好的发射性能. 首先, 由边界元方程推导出在阻抗边界障板条件下换能器阵的振速与辐射声场之间的关系式; 然后, 计算出换能器阵的互阻抗矩阵, 并根据换能器等效电路原理给出了换能器阵的驱动电压与其振速之间的关系式;最后结合优化方法计算出换能器阵驱动电压的加权向量来获得低旁瓣的发射波束. 对14元共形阵进行了仿真计算, 并在消声水池中进行了实验验证. 仿真计算及实验结果表明, 本文方法可以充分考虑换能器阵障板影响和阵元间的相互作用, 不仅使基阵获得低旁瓣的发射波束, 而且使得驱动电压的最大幅值一定时, 换能器阵轴向上的辐射声压达到最大.     

基于声学超晶格铌酸锂的新型体声波器件

设计了一种集成的声学器件。它的基本结构是由下列3部分组成的，即换能器部分、声学开关部分和声传播介质部分，但其材料均来源于铌酸锂晶体。其中换能器与声开关部分是由声学超晶格铌酸锂构成的，而声的传播介质则是单畴铌酸锂。着重研究了声开关部分所外加的直流偏压对在该器件中传播的声波的影响。结果显示：声开关部分对声波的反射率受到这一外加偏压大小的影响，外加偏压越大，则反射率越强；声子带隙也受到外加偏压的影响，外加偏压越大，则声子带隙将会增宽。同时我们还发现了声开关的反射谱分布决定于铌酸锂超晶格的周期大小，且超晶格周期数的减小也会增宽声子带隙。该器件在设计上有两大优点：一是实现了声学开关器件的集成化，二是充分利用了声学超晶格铌酸锂最大的机电耦合系数。     

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.     

线阵阵元间距和宽度对波束指向性的影响

基于阵元尺寸及间距变化对超声波束指向性的影响,分析了阵列换能器的指向性特征.针对要求波束指向特性指标严格的阵列换能器,研究了其阵元宽度和间距的变化对波束指向性的影响.结果表明,阵元尺寸差异对主波束的宽度无影响,增大阵元宽度可以增大声压幅值并提高接收信号的信噪比.阵元宽度和阵元间距同时变化对波束的指向性影响较大.经过对部分阵元间距及宽度变化的阵列换能器指向性的仿真实验,说明理论分析是可行的.