液体-压电晶片界面上电边界条件对兰姆波激发的影响

本文对液体-压电晶片结构中,不同电边界条件下叉指换能器所激发的兰姆波传播特性进行了分析研究,给出了不同电边界条件下兰姆波的相速度、叉指换能器激发兰姆波的机电耦合系数与压电晶片的归一化厚度、晶体切向之间的关系曲线,为实际设计中电边界条件的正确选择提供了理论基础。     

《声学技术》2001年总目录

·论文与报告·液体 压电晶片界面上电边界条件对兰姆波激发的影响马伟方　侯　毅　施文康　邓明晰　 (0 1.1.4)………………………基于恒定束宽波束输出的宽带相干源高分辨测向杨益新　卓　颉　孙　超　朱治富　 (0 1.1.7)……………………………二维涡斑的运动发声刘晓宙　刘应中　缪国平　唐春权　 (0 1.1.10 )……………………………………………………………气介式功率超声复合换能器的声辐射特性研究林书玉　张光斌　 (0 1.1.13)……………………………………………………三维障碍物形状近场反演的一种快速算法尤云祥　缪国平　刘应中…     

压电换能器对兰姆波影响的仿真

0引言兰姆波由于传输距离远、检测范围广,一直是国内外无损检测领域研究的热点。频散现象和模态混叠使兰姆波的传播特性十分复杂。解决办法之一就是通过换能器激发单一的模式[1]。考虑高效和低成本,采用压电换能器激励和接收兰姆波是无损检测的常用方法[2]。传统的兰姆波仿真通常不考虑传感器对兰姆波的影响。本文通过有限元软件COMSOL时域分析兰姆波在铝板中的传播状况,为无损检测提供参考。     

超声功率标准换能器铌酸锂压电晶片的设计研究

本文探讨了设计合适的铌酸锂压电晶片以研制高频高效的超声功率标准换能器,该换能器用于毫瓦级超声功率国家基准.论文分析铌酸锂各种切型的压电性能并选择最优切型用于研制标准换能器,给出晶片自由振动时的等效电阻抗和集总参数等效电路,以及晶片厚度和共振频率的关系.用所设计晶片研制出共振频率为18.5MHz的标准换能器,其辐射声导值...     

螺旋叉指电极式压电圆片换能器的有限元分析与实验比较

螺旋叉指电极式压电圆片换能器可以产生面内扭转运动,具有结构简单、加工方便、性能可靠等优点,可用于超声马达、光学扫描、黏度测量等领域;但表面螺旋叉指电极间陶瓷材料的极化方向变化复杂,给换能器的机电耦合分析和优化设计带来极大的难度。利用坐标变换思想与有限元方法,将压电圆片分割成若干子体,通过极化电场分析确定子体局部坐标系以定义材料参数,从而实现复杂极化情况下压电换能器的耦合仿真分析。利用ANSYS有限元软件,优化仿真分析过程,研究了该压电圆片换能器的静态扭转位移径向分布特性和动态导纳频率响应特性,并与实验结果相比较,证实了该方法的可行性和有效性。     

基于COMSOL的声表面波器件仿真

声表面波器件在通信、传感、射频识别等领域有着广泛的应用.以有限元方法为基础,利用有限元软件COMSOL对声表面波器件进行了仿真.从器件的模型建立入手,按由浅入深的顺序对无电极压电基片、压电基片表面沉积叉指换能器、叉指换能器表面溅射薄膜、薄膜上负载液体的4种结构进行了仿真分析.仿真研究表明:叉指换能器的电极效应会产生正、反特征频率,并且两种频率都随着叉指电极的敷金比与高度增加而向低频偏移;薄膜厚度的增加同样会导致器件频率向低频变化;当器件负载液体用于液体密度检测时,可通过器件频率变化对液体密度的灵敏程度来对薄膜厚度进行优化.其研究结果可以为声表面波器件的设计制作提供依据.     

电磁超声兰姆波换能器多目标优化设计

针对电磁超声兰姆波换能器激发的兰姆波存在多模式、频散现象和信号较弱的问题,结合铝合金板材检测背景,提出一种基于＂双交点法＂、＂零斜率准则＂和正交试验设计相结合的电磁超声兰姆波换能器多目标优化设计方法。其中,＂双交点法＂可有效削弱兰姆波多模式现象的影响,＂零斜率准则＂能够有效降低兰姆波的频散现象,而正交试验设计方法可有效提高电磁超声兰姆波信号的幅值。依据所提优化设计方法,对一个在铝板检测中常用的电磁超声兰姆波换能器的9个主要参数进行了多目标优化设计。实验表明,优化后,兰姆波信号中的多模式、频散现象得到显著抑制,而且信号幅值得到明显提升,有效改善了电磁超声兰姆波换能器的工程实用性。     

宽通带小矩形系数的声表面波滤波器

一、声表面波滤波器的设计 理论分析指出,叉指换能器的频率响应[H(ω)],可由叉指换能器的脉冲响应H(t)通过付里叶交换求得,而叉指换能器脉冲响应H(t)的包络恰好是叉指换能器叉指指端的轨迹。所以叉指换能器的脉冲响应就是叉指换能器的空间图像。这种一一对应的关系可由图1来说明。由此可知,通过对叉指换能器电极指条位置与重迭长度的设计便能控制叉指换能器的脉冲响应,从而也就控制了叉指换能器的频率响应。 在一般情况下,声表面波滤波器中的二个叉指换能器只有一个是设计成加权的,另一个采用简单的宽带形式。此时滤波器的频率响应只取决…     

光纤布拉格传感器兰姆波检测的反射谱分析

传统的兰姆波多采用压电陶瓷换能器激发和接收。建立了新的超声兰姆波无损检测系统,其基本思想是采用布拉格光纤传感器作为兰姆波的接收器。光纤光栅传感的基本原理是通过检测光栅反射的中心波长移动实现对外界参量如超声的测量。超声作用下光纤光栅的反射谱发生变化,对超声作用下光纤光栅的反射谱变化进行了数值分析,结果表明,超声对光栅反射谱的影响与超声波长与光栅长度的比值是高度相关的。只有当这个比值相当大时,反射谱的形状才不会变化而中心波长发生偏移,此时光纤传感器可用来探测兰姆波。这个结论为利用新的兰姆波无损检测系统在布拉格光栅长度的设计和兰姆波波长的选择方面提供了有用的工具。     

兰姆波检测参数曲线的应用研究

为了推广应用兰姆波进行无损检测,对兰姆波检测参数曲线进行了研究。通过对兰姆波频率特征方程的对称模式和反对称模式两种情况进行算法分析,用VC++软件加以编程实现,设计了专门用于绘制兰姆波参数曲线的软件,同时依据激励角频散曲线设计了兰姆波换能器的斜楔结构参数,并制作了兰姆波换能器,进而解决了兰姆波检测参数曲线的绘制和应用问题,所绘制的参数曲线适用于不同材质、不同型号的金属薄板兰姆波检测。     

一种超声手术刀推挽激励换能器的研究

设计了一种超声手术刀用的新型推挽激励换能器。它是在夹心式单晶堆压电超声换能器的经典构造基础上,把原先激励一组压电陶瓷晶片堆的方式,改为同时施加反相激励的前后两组晶堆。利用有限元方法,对该推挽激励换能器进行模态分析和频率响应分析。在相同大小的电压激励下,相对单晶堆换能器,推挽激励换能器可以获得更高的工作带宽和机电耦合系数,提高了换能器的电声转换效率。按照仿真结果加工推挽激励换能器,实现良好的动力学和电学特性,满足设计要求。     

声表面波器件中叉指换能器及外电路引起的附加相移特性

一般的声表面波器件是由与外电路相联接的两个叉指换能器组成，其中所要处理的信号都要经受电 － 声和声 － 电两次转换。又指换能器的结构和外电路的特性对这些转换的效率和相位变化有着密切的联系。本文从声表面波又指换能器交叉场等效电路模型出发，较详细地讨论了声表面波器件中输入、输出又指换能器的设计参数（中心频率和叉指电极对数等）及外电路负载和匹配网络对信号的转换效率和相移（或延迟时间）的影响。本文还针对某些又指换能器的实际例子，给出了详细的计算数据。文中所给出的公式和计算结果，可作为设计声表面波延迟线和振荡器的参考。     

光纤非本征法布里-玻罗传感器兰姆波检测灵敏度分析

基于兰姆波的结构工况检测技术在评估复合材料和金属结构的安全性和耐久性方面发挥着重要的作用。作为对传统的压电换能器（PZT）的一种很好的替代,光纤传感器在传感方面的应用正被广泛地挖掘出来,包括兰姆波检测。本文从理论上建立了超声兰姆波作用下光纤非本征法布里．玻罗（EFPI）传感器参数与其输出性能之间的关系。数值结果显示了传感器的性能与其相对于声源的方向角以及传感器的计量长度与超声波长的比值相关。所得出的结论对于EFPI传感器精确地探测兰姆波提供了理论依据。     

夹心式复频功率超声压电换能器及其电端匹配电路的研究

本文研究了夹心式复频功率超声压电换能器的理论设计及其电端匹配电路.探讨了换能器的电端电抗元件对换能器振动性能的影响,并提出了一种利用电抗元件改变换能器不同振动模式共振频率的方法.所得结果可用于复频换能器匹配电路的设计及换能器不同振动模式共振频率的调节.     

高性能PZT陶瓷双晶片制备及猫中耳拾音实验研究

制备横向压电系数d31高达-480pC/N和居里温度Tc达280℃的高性能PZT压电陶瓷材料,再制成厚0.3mm、宽1.0mm和长度分别为3.5、4.0和4.5mm的压电双晶片(PCBE),结合前置放大器制成声电换能器,将其植入猫耳内并测试PCBE耦合于听骨链上的声学信号拾取能力.结果表明:制备的PCBE具有良好的声-电换能性能;三种长度的PCBE均可全部植入猫耳鼓室,拾取体外20～20000Hz声信号可获得较平坦的频响曲线,长度为4.5mm的PCBE拾取信号最佳,最大输出达-13.16dB(0dB输入,1.5kHz时).证实PZT压电双晶片可以制成鼓室内全植入式传声器。     

微振动输送中圆盘型压电振子的动力学分析

目的研究压电陶瓷振动给料器的双晶片压电振子,求出其力学表达式,为振动给料器的双压电晶片的优化设计奠定理论基础。方法以螺旋式压电振动给料器的圆盘型压电振子为例,对圆盘型压电双晶片进行动力学分析,建立振动模型及动力学方程,对激振力进行求解。结果运用Rayleigh-Ritz法推导出在简支边界条件下,双压电晶片振子的弯曲振动的共振频率以及激振力表达式,得出最大误差出现在160 V处,理论计算与实验验证数据的误差为10%左右,有限元分析与实验验证数据的误差为5%左右。结论通过实验可以看出在实际应用中,要综合考虑其电压输入与压电陶瓷层的变形程度,选择最佳的电能输入,才能使压电双晶片获得最大的激励位移。     

三叠片压电复合换能器弯曲振动的比较研究

用瑞利法对三叠片弯振圆盘换能器在三种不同边界条件下的振动特性进行理论研究,推导了谐振频率及有效机电耦合系数的表达式,通过数值计算分析了复合换能器的谐振频率及有效机电耦合系数随换能器各结构参数的变化规律并进行比较研究,同时将计算结果与有限元模拟结果比较,结果表明不同边界条件下换能器的结构参数对谐振频率和有效机电耦合系数影响不同:在换能器结构参数一定时,自由边界条件下谐振频率最大,简支边界条件下最小,固定边界条件下次之;有效机电耦合系数随着金属片厚度、陶瓷片厚度和陶瓷片半径变化时,分别有一个最大值;其他参数一定时,有效机电耦合系数在简支边界条件下最大,自由边界条件下的值稍大于固定边界条件下的值。上述研究结果可为三叠片弯曲振动换能器的设计和实际应用提供一定的理论支持。     

含椭圆孔压电材料的电弹场

采用复变函数的方法,研究了含椭圆孔的压电材料在无限远处受力电荷载作用的平面问题。与已有文献不同,通过求解10元一次方程,得到了满足可导通和不可导通电边界条件,孔内和压电材料体内电弹场的通解。以PZT一4压电陶瓷为例,给出了孔内的电场、压电材料体内电弹场沿孔边和坐标轴向的分布情况。得出了以下新的结论:含椭圆孔压电材料的电弹场与边界条件、力电荷载的方向、椭圆孔的形状有关,但在水平方向的拉伸载荷和电位移的作用下,椭圆孔的形状对长半轴处的环向电位移和正应力的最大值没有影响。     

PMN-PT驰豫铁电单晶及其超声换能器性能研究

测试了PMN－PT（67／33）切型铁电单晶的机电性能,分析了该晶体与常用压电材料在微观结构和机电性能上差异。对该压电单晶未调末调制下纵向长度伸缩振动模超声换能器性能进行了理论分析。讨论了压电单晶的机械和介电损耗对超声换能器性能的规律。     

EMAT激发超声兰姆波的模式展开分析

0前言因超声兰姆波的多模和频散特性,使其在激励、接收和模式识别等方面存在较大的复杂性[1]。本文提出一种研究电磁超声换能器(EMAT)激发超声兰姆波的模式展开分析方法。从EMAT曲折线圈的电流分布出发,推导出铝板表面洛伦兹切向应力的形式解;对其进行空间傅立叶变换,得到激发超声兰姆波的表面应力之波数谱密度。在此基础上采用导波的模式展开分析方法,推导出与曲折线圈的