影响超声换能器阵指向性的几个关键因素研究

在声频定向参量阵发射系统中,需采用若干个超声换能器阵元组成发射阵列,换能器阵元的数目和排列位置会对发射阵的指向性产生重大影响.该文分别从单个阵元的指向性和不同形状的换能器阵列的指向性两方面进行了研究.仿真试验结果表明,对于单个换能器阵元,随着其尺寸大于波长,换能器呈现愈强的指向性;对于换能器阵列,面积相当、换能器个数相同的矩形换能器阵指向性优于圆形换能器阵,增加换能器阵列的阵元个数有利于抑制旁瓣,提高其指向性.     

超声调制声频定向传播性能研究

通过实验,对基于超声调制的声频定向传播性能进行研究.利用调幅技术将音频信号调制成超声波载波信号并发出,由于空气中的非线性作用,可产生具有强指向性的可听声音.该文构建了一超声调制模拟声频信号定向传播系统,并设计了指向性实验测试装置.应用该系统,对不同频率、不同距离的解调可听声频信号在传输过程中的变化特征及其指向性进行了实验和分析.结果表明,随着声频信号的频率提高指向性增强,距离增加指向性变差.     

慢性乙型病毒性肝炎患者疾病相关知识及影响因素研究

目的了解CHB患者对自身疾病的认知,分析认知方面存在的问题和影响因素,为健康教育和护理干预提供依据。方法对120例住院CHB患者进行问卷调查与分析。结果患者的疾病相关知识总体标准化得分7．26±1．57,其中戒酒、家人防护、诱发因素得分较高,分别为8．92±2．48、8．33±3．74、8．18±2．03;疾病预后、传染性得分较低,分别为4．42±3．09和4．94±3．18。影响疾病相关知识的因素为文化程度和既往是否住院。结论应进一步重视文化程度较低和院外患者的健康教育。     

一种新型的参量阵扬声器阵列设计与优化

超声传感器阵列指向性决定了参量阵扬声器再现音频指向性的性能.提高超声发射阵的指向性也是实现高指向性低频声波的关键技术之一.基于阵列指向性基本理论及与线列阵组合平面阵进行分析比较,提出了一种球面六边形阵列.仿真试验结果表明,球面六边形阵列扬声器不仅完全消除栅瓣,主瓣宽度也更窄.且采用改进的遗传算法通过幅度加权优化该阵列使其旁瓣级低于-20 dB,进一步优化了指向性性能.     

MEMS压电超声换能器二维阵列的制备方法

针对超声换能器阵列中阵元密度难以提升和工艺重复性差等问题,提出了一种基于硅-硅键合技术的MEMS压电超声换能器二维阵列的制备方法,并采用该方法制备了阵元间距小至150μm的密排二维换能器阵列。阵列中每个声学单元均为由上电极、压电材料(PZT)层、下电极和支撑层组成的多层膜结构,并通过其弯曲振动模式实现超声波的发射和接收。制备样品的测试结果表明,采用该方法制作MEMS压电超声换能器阵列,具有阵元间距小、工艺流程可靠、成品率高、一致性好、工作频率(2.45MHz)与设计值(2.5MHz)的吻合度高等优点,适用于医学成像等高频超声成像系统。     

检测发动机叶片的相控阵超声换能器设计

相控阵超声检测技术能够为发动机叶片表面裂纹的检测提供方法。设计并制作了满足检测要求的带有楔块的相控阵超声换能器,该换能器包含阵元和楔块,其中阵元为线阵,个数为32,中心频率为5MHz,阵元宽度为0.3mm,阵元间距为0.1mm;楔块与叶片的表面完全耦合。采用有限元法对相控阵超声换能器和楔块的设计理论进行可行性验证。同时,构建相控阵超声检测系统,对叶片试样进行检测试验,试验结果表明,设计的带楔块的线阵换能器能实现对试样表面裂纹缺陷的检测。     

用于气体传感的电容式微机械超声阵列设计

电容式微机械超声阵列(CMUT)是微机电系统(MEMS)气体传感器的常用结构之一。为了在尽可能降低功耗的前提下,提高气体传感器的灵敏度,对电容式微机械超声阵列尺寸进行优化。首先基于一阶集总电机械振动模型进行理论分析,发现其灵敏度与塌陷电压成正相关,并主要受振膜厚度、电极间距和电极半径影响,以此为依据设计符合要求的参数。然后使用COMSOL多物理场仿真软件,综合结构特点、空气阻尼、外接电路、弹性软化等因素的影响,提出一种更接近实际的有限元模型。将理论分析结果代入,对尺寸参数进行进一步优化,得到塌陷电压11.3 V,灵敏度-3.253×1017 Hz/kg,共振频率4.858 MHz,品质因数121.45的电容式微机械超声阵列。     

压电微型超声换能器阵列设计及焊缝检测应用

针对现有焊缝检测存在换能器尺寸大,带宽窄,成本高和应用灵活性差等局限,该文研制出一种八通道压电微型超声换能器阵列探头。阻抗频率和回波特性测试结果表明,理论模型能有效地指导超声换能器阵列设计,工作频率偏差不超过2%,-6 dB相对带宽可达87.85%。利用探头实现了对25 mm厚度的标准对接钢板试块内部缺陷的准确识别,检测分辨率优于1 mm。该探头体型小且各阵元能独立或协同工作,扫描模式应用灵活,可为焊接钢板的健康监测提供技术参考。     

基于超声调制的声频定向传播实验

利用超声波在空气中传播的非线性交互作用,可以产生高指向性的可听声音。构建了基于超声调制的模拟声频信号定向传播系统,设计了超声换能器阵列及其实验测试装置。利用该系统对不同频率声频信号在传输过程中的变化特征及其指向性进行了实验研究和对比分析。     

锥形结构超声阵列换能器研究

传统外形构造的换能器难以适应水下高速运动。因此,在头部为圆形或椭圆形的普通阵列式换能器基础上,该文设计了一种锥形结构的超声阵列式换能器,其可适用于水下高速航行器。通过有限元仿真确定了阵元尺寸与阵列构造,分析了换能器整体的声场分布,研制换能器样机并测试其电声性能。样机测试结果与仿真结果呈现出较好的一致性,换能器指向性与发射电压响应满足使用需求。结果表明,此种换能器结构具有实际的可行性。     

多向复合超声换能器有限元分析与试验

超声换能器是微电子封装技术的核心执行元件,为解决传统一维纵振超声换能器键合效率低、键合面不均匀及键合点不牢靠等问题,采用ANSYS仿真软件建立换能器有限元模型进行模态分析及谐响应分析,设计了一种可同时实现轴向纵振、水平弯振及竖直俯仰振动的40 kHz多向复合夹心压电式超声换能器。其中,压电部分由整圆环和可单独激励的1/4圆环陶瓷片组成。利用阻抗分析仪实物测试,得到换能器纵振、弯振及俯仰振动的阻抗 频率特性曲线。结果表明,测试值与仿真值基本一致,且结构性能参数均符合键合要求,验证了该结构的合理性。     

键合工具对超声换能器系统谐振频率的影响

建立了超声引线键合机换能器系统振动分析有限元模型,利用ANSYS软件分析了换能器系统与键合工具组成的纵-弯复合振动系统的振动特性。计算结果表明,键合工具的弯曲振动与换能器系统纵向振动存在耦合关系,劈刀长度增加50%将使换能器系统谐振频率下降5.6%;实验中测试了换能器系统的阻抗与导纳特性,发现当劈刀长度为16 mm时系统的阻抗匹配较为理想;换能器系统的谐振频率的实测值与有限元分析结果一致,最大误差为3.51%。     

不同匹配层阵列式换能器的有限元仿真

匹配层材料及结构对于提高阵列式换能器的带宽、灵敏度及轴向分辨率有重要作用。为了探究不同匹配层材料对阵列式换能器性能的影响,该文通过有限元法模拟了包括高分子材料、0-3复合材料及镁合金等多种匹配层材料的阵列式换能器,综合比较了各自的频域特性及时域特性。仿真结果表明,使用AZ31B镁合金作为第一匹配层、Epo-Tek 301环氧树脂作为第二匹配层的阵列式换能器模型具有最佳的综合性能,从而为高性能阵列式压电超声换能器的开发、研究提供了新的匹配层设计参考方案。     

参量阵扬声器的原理及应用

参量阵扬声器是一种新型的强指向性扬声器,其原理是利用超声载波在空气介质中传播时的非线性效应生成音频信号.根据其强指向性的特点,参量阵扬声器可应用于很多领域,具有很高的市场应用价值.全面介绍了参量阵扬声器的理论技术、研究进展及应用前景.     

参量换能器收发电路设计

介绍了超声波参量换能器的工作原理,设计了一种声学参量换能器结构、超声波发射电路和声波接收电路。发射电路由正弦信号产生电路、功率放大电路和补偿电路等组成,声波接收电路由前置放大电路和带通滤波电路组成,并利用NI公司的6024E数据采集卡进行数据采集。理论分析表明,当原波信号为87 kHz时,利用该收发电路可以较好地实现参量阵差频信号的发射与接收。     

聚合物微结构超声压印精密加工系统研究

超声压印技术是一种聚合物微结构成形的新方法。针对微米级超声加工系统的高精度和高可靠性的要求,设计了用于聚合物微结构超声压印的精密加工系统,推导了换能器动力学模型并求解特征参数,进行了有限元仿真与优化,并搭建了基于压力反馈的精密压印测控平台。实验结果与理论分析结果吻合,设计的换能器系统改善了微米级加工中的加工精度、能量控制和可靠性,为快速批量精密压印成形的加工系统提供了设计和优化方法。     

熔覆层厚度对相控阵表面波聚焦特性的影响

超声表面波是检测激光熔覆层质量的重要手段,为提高检测分辨率,采用可达到声束聚焦效果的相控阵表面波对激光熔覆层进行检测。建立了单探头与相控阵表面波传播的有限元模型,基于Fermat原理研究超声波传播路径并分析了阵元延时特性,实现了相控阵表面波的聚焦和偏转,研究了熔覆层厚度对相控阵表面波聚焦特性的影响。结果表明,对于基体材料为铝,熔覆层材料为45#钢时,熔覆层厚度在2.5 mm内,聚焦点的能量随厚度增加而减小,如1 mm厚相对于0.2 mm厚的聚焦点能量减小了58.8%;当厚度大于2 mm时,聚焦点处能量变化不明显,表明超声相控阵表面波对薄的熔覆层具有较好的检测效果。     

阵元损坏对换能器阵指向性的影响研究

针对阵元损坏造成超声换能器阵指向性变化的问题,该文从理论上推导了圆形活塞换能器平面阵指向性计算公式,并以之对换能器损坏后指向性变化情况进行了分析.研究表明,圆环形阵列中心装置处换能器损坏对指向性的影响远大于圆周上换能器损坏造成的影响;换能器损坏后,并不是每个定向面内的指向性都变差,但其总体指向性无疑会变差.     

超声轴承用压电换能器结构设计与有限元分析

提出了一种超声轴承用新型径向挤压式压电换能器,对换能器的机电特性进行了有限元分析。明确了有限元建模方法,从模态分析角度分析压电换能器的谐振频率和径向最大振幅,依据模态分析结果对压电换能器的幅频特性进行谐响应分析,采用正交试验法对换能器结构进行优化设计,制作最佳结构压电换能器样机,并进行工作频率测试。实验结果表明,换能器径向振动谐振频率的有限元计算值与实验结果具有良好的一致性,证明了有限元计算的正确性,为超声轴承用压电换能器的设计研究提供重要价值。     

热超声倒装键合换能系统 多模态振动与有限元分析

研究了热超声倒装键合设备的核心执行机构——换能系统的动力学特性.利用激光多谱勒测振仪测试系统末端各方向的振动速度,发现系统以轴向振动为主,但受到其他非轴向振动的干扰.非轴向振动对芯片造成芯片倾斜、键合强度降低等负面影响.采用有限元方法对换能系统建模,仿真计算发现换能系统振动是各方向振动的耦合结果,且工作模态附近存在多种干扰模态.最后分析了系统多模态产生的根源并提出抑制方法.