超声功率基准装置匹配电路的研究应用

针对超声基准装置量传范围较窄且现存超声功率基准装置电测系统中高频电压表不易溯源等问题,国家质检总局2005年下达对超声功率基准装置技术改造任务,课题组利用压电材料电能转变为机械能的压电效应原理,在旧装置石英材料换能器的基础上,采用新的单晶材料铌酸锂,制造出新的超声换能器,对超声基准装置的关键部件之一的超声换能器匹配电路...     

关于声光元件及其制作和特性 用超声焊法制作高频换能器

声光元件一般需要1瓦以上的高频超声波。最近已有人用超声焊法制作换能器,同时了解到能够高效率地发生并传播高频超声波。作者为了制作高效率的声光元件而用若干金属进行了超声焊试验,下面是试验结果。图1是超声焊装置略图,系由市售超声波加工机改装而成。利用铁氧体振动器可发生19.5千赫,150瓦的纵超声波。换能器用36°Y-切LiNbO_3,用水晶X棒和TeO_2C     

一种频率可调超声波发生器设计

不同清洗物所需的清洗频段不同,需要接入的超声波换能器也不同。为了提高超声波发生器对不同频段换能器的适应性,设计了一种由上位机进行频率给定、锁相环电路进行频率跟踪的闭环控制系统。整个系统由STM32主控制器产生脉冲宽度调制(PWM)脉冲信号,控制EXB841优化驱动电路,驱动高频全桥逆变电路;通过阻抗匹配和输出电流的检测,保证作用于换能器输出的功率值最大。同时对于不同频段的超声波换能器,需要调整给定输入,保持发生器在频率基准值的一定范围内进行频率跟踪。超声波换能器测试样机工作频率点为28.8 kHz,最大功率1 500 W,将本系统接入后谐振频率保持在28.8 kHz左右,输出功率近似为最大值。经测试,该系统对于工作频率点为20~40 kHz的超声波换能器都具有较好的适应性。     

超声波宽频谱发射技术研究

为了有效地完成超声波局部放电检测装置的性能检测,研究了超声波宽频带发射技术及其装置。采用MATLAB仿真技术分别对单频和复频超声换能器的声场轴向声压分布、声轴截面声场分布、声场指向性特性及复频焦区频谱图等声场特性进行了仿真研究,并据此设计了一款复频超声宽频带发射装置。结果表明,复频超声宽频带发射器产生的两列声波可发生声散射效应,从而达到超声场频谱变宽的目的。     

基于磁控溅射法的超声换能器压电晶片镀膜方法应用

随着科学技术的不断发展,超声波被广泛应用于医学、军事、工业和农业等方面。尤其是在医疗领域,超声的应用为医疗事业的发展发挥了很大的作用。但是,过大输出的超声功率会对人体造成一定的伤害。超声换能器在超声功率溯源中扮演重要的角色。而压电晶片是超声换能器中重要的组成部分,长期实验表明,基于磁控溅射技术对超声换能器的压电晶片进行...     

超声换能器辐射电导测量不确定度分析

利用毫瓦级国家超声功率基准装置对作者研制的标准换能器进行标定.由于测量的结果直接影响超声功率量值传递的准确性,故换能器标定时的准确度要求很高.该文分析了标定过程中超声功率的测量不确定度以及标准换能器辐射电导的不确定度.     

超声波在换能器接触界面传播的特性研究

在研究超声换能系统的过程中发现,系统存在非线性特性.引起超声波非线性的主要因素是换能器子结构接触界面上传递的不连续造成的.该文对超声波在超声键合换能器中的传播为研究对象,建立了超声波在单一均质材料和两种材料接触界面传递的一维数学模型,并采用机械动力学软件进行了仿真,推导出界面预紧力和超声波传播的关系,并试验测试了超声换能器在不同预紧力条件下,换能器换能杆末端振动速度和键合强度的变化规律.为超声键合换能器系统的设计、安装和维护提供了可靠依据.     

超声换能器频率特性及匹配研究

超声换能器是一种强非线性时变系统,在不同的工作频率下其阻抗等特性差别很大.在超声换能器的应用中需要对超声换能器进行频率特性分析及阻抗匹配,以达到最高的传输效率和最佳的波形效果.详细分析了超声换能器的频率特性及匹配方式,并对超声换换能器参数进行了测试,根据测试参数设计了阻抗匹配电路.理论分析和实验测试表明,良好的频率及阻抗匹配电路有利于优化超声波发射波形,提高电声转化效率.     

基于ANSYS的压电陶瓷晶片PZT仿真分析

电力支柱瓷绝缘子超声波检测对预防和检测绝缘子裂纹和断裂起到重要作用,换能器是超声波检测的基础元件,而换能器的核心部件是压电陶瓷晶片,其性能直接影响到检测结果。该文研究针对有限元法和传统解析法在压电陶瓷晶片特性分析中的不足,采用ANSYS有限元分析软件对压电陶瓷锆钛酸铝(PZT)晶片进行特性分析,基于ANSYS的电-结构耦合场模型,对超声波换能器的矩形压电晶片进行静态、模态、谐响应和瞬态分析。通过模态分析和谐响应分析可得到晶片的一阶纵向振动和二阶弯曲振动的固有频率、振型及频率位移响应及影响因素等信息,研究结果对提高超声辐射功率及超声换能器的性能有一定的理论指导和工程应用价值。     

高效率压电陶瓷超声推挤加工装置研究

针对波导管内壁的加工,提出了波导内腔超声推挤原理和装置,采用了具有频率自动跟踪系统的超声波发生器,自行设计了用于波导内腔超声推挤的压电陶瓷换能器,并设计给出了变幅杆--推刀振动子系统的谐振频率、位移节点、放大倍数等计算公式,测出了声学系统的电导--电纳特性,并进行了工艺试验,探讨了超声推挤过程.     

金丝键合工艺技术研究

金丝键合是芯片组装的关键工序。分析了金丝键合的工艺控制要点：键合时间和键合功率,通过工艺实验总结出了键合时间和键合功率对键合强度的影响规律：（1）在小超声功率条件下,键合强度对键合时间敏感,键合强度随时间增加迅速增大;在大超声功率条件下,键合强度对键合时间的敏感性下降。（2）超声功率过小不能形成足够的键合强度,超声功率过大使得键合成功后的键合强度被破坏,即过高的超声功率将不利于键合强度的提高。     

基于伪随机序列自相关性的新型超声波测距系统

针对传统超声波传感器存在受环境因素影响大、抗干扰能力差等缺陷,提出了一种新型超声波测距系统的设计方法.该超声波测距系统基于伪随机序列自相关性原理,采用模块化设计,可准确地测量出超声波的传播速度和渡越时间,进而计算出障碍物的距离.采用低功耗,高性能的TMS320VC5509A DSP作为信息处理器,采用基于快速傅里叶变换(FFT)的相关判别算法,有效地提高了实时性.改进了超声波接收电路,采用高速绝对值电路代替传统的检波电路,可高效地从接收到的超声波信号中解调出伪随机序列.根据所设计的超声波测距系统的工作原理,提出了适用于该系统的误差校正方法.在干扰存在的情况下,进行了性能测试实验,实验结果表明,该超声波测距系统的测距误差在1.8%以内,具有良好的抗干扰性.     

宏微压电驱动器的电源设计与试验

针对超声电机与压电微驱动器对驱动电源的要求,设计出一种既能驱动超声电机又能驱动压电微驱动器的驱动电源,该驱动电源由可调变压器、半桥模块及以高性能数字信号处理(DSP)芯片TMS320F28335为核心的控制器组成。该电源驱动超声电机时,电源输出相位差、频率均较大范围连续可调的二相超声频率交流电;驱动压电驱动器时,电源输出较大范围连续可调的直流电。对行波型旋转超声电机及钹型压电驱动器的系列驱动试验表明该电源能同时满足超声电机和压电驱动器的驱动要求。     

基于超声波电源的生物处理系统设计

超声电源在生物处理领域的应用越来越广泛,主要集中在细胞破碎和生物酶催化领域。该文以细胞壁破碎提取辅酶为研究背景设计了一种全新的电源系统,针对生物介质提取的特点引入功率控制。 研究了超声频率﹑输出功率及辐射时间对破碎效果的影响,并以浓度监测信号对输出功率进行反馈控制。实验结果表明,针对不同的浓度选择合适的输出功率可实现最高效率的辅酶提取。     

6061铝合金超声波辅助激光焊接变形控制研究

为了解决6061铝合金在激光焊接过程中出现的易变形、变形大的问题,采用施加超声波以辅助焊接的方法,以1mm厚的6061铝合金薄板为研究对象展开超声波辅助激光焊接试验,探究超声波对6061铝合金焊接变形的抑制作用;利用单因素试验方法分析了超声波功率对焊接变形的影响规律,设计包括超声波功率、激光功率、焊接速率、离焦量、保护...     

超声波啤酒酵母浓度在线检测仪

基于超声原理的啤酒发酵过程酵母浓度在线检测仪是由超声波发生器、发射和接收超声换能器、温度传感器、放大器、鉴相器、A/D转换器和微机系统等组成。仪器根据超声波在发酵液中的传播速度与酵母浓度、温度间的相互关系,实现酵母浓度的在线检测,所用超声波换能器的中心频率为5.6 MHz,并给出了传感器的温度补偿经验算式。为了提高测量精度和消除温度等影响,实际测量时使用两个测量传感器,并采用了相位差测量技术,测量精度优于0.2%。     

The study on failure mechanisms of bond pad metal peeling: Part B––Numerical analysis

According to the results of Part A of this paper [Microelectron. Reliab., this issue], the vertical tension loading transferred from the capillary is clarified as the direct driving force for bond pad metal peeling. Furthermore, the crack on the bonding pad is identified as the direct cause of the pad peeling. However, the major driving force for the crack that is correlated to the four main loadings described in the part A of this paper is not clarified. In order to find the driving force for the crack, whole ball bonding process of ultrasonic wire bonding is simulated by finite element method. The results of this study indicate that the horizontal vibration of the capillary controlled by ultrasonic power of the bonding machine has the most serious effect on the crack on the bonding pad as well as its propagation into the oxide layers in SDRAM chip. Thus it can be the major driving force for the crack.     

F&K 6400键合机在SMD封装中的应用

键合是SMD封装中的一道重要工序,F&K 6400键合机是德国F&K公司专门面向细铝丝键合的设备,采用超声作为键合能量。在键合工艺中不同材质的金属管座会形成不同的冶金系统,有些情况下会造成接触面腐蚀或者柯肯德尔空洞,并最终影响产品的可靠性。键合时采用的超声功率、键合时间、键合压力、键合方式等工艺参数直接影响到产品的产量和性能。在批量生产的基础上,作者分析了适合F&K 6400键合机在生产中采用的键合材料及工艺参数,并列出了生产过程中设备常见的故障及可能原因。     

基于Minitab DOE的铝丝楔焊键合工艺参数优化

为提高国产陶瓷外壳用于铝丝楔焊键合的可靠性和产品质量,利用Minitab统计软件对一种封装形式为CQFP84的国产陶瓷外壳用于铝丝楔焊键合的工艺参数进行试验设计,并对试验结果进行直观分析和方差分析。讨论过键合功率、键合压力、键合时间及超声功率缓慢上升时间(Ramp)对键合拉力的影响及其显著程度。试验研究表明第2段参数的键合压力、第2段参数的键合功率及第1段参数的Ramp对键合拉力值有显著影响,以键合拉力为参考指标,得到了较优的键合工艺参数,通过验证试验键合拉力相比工艺参数优化前有明显提高,分散度也有明显改善,达到了提高产品可靠性的目标。     

局部放电超声波在电机定子中传播的仿真分析

采用超声传感器进行发电机定子局部放电点的定位研究中,存在着超声信号检测不明显或无法检测的问题.该文对发电机中有利于传感器接收超声信号的位置分布规律进行研究,通过ANSYS Multiphysics进行发电机定子模型声场仿真,获得超声信号在发电机定子外壁的声压分布图,从而提出了适用于发电机局部放电点定位的传感器放置方法,为电机定子绕组局部放电定位的后续研究奠定基础.通过将仿真结果与实验检测结果进行对比发现,仿真得到的声压分布与实验检测结果相近,从而证明了该文所得结论的有效性.