超声换能器特性评价

序言 在测试超声换能器特性时,如下三点是重要的:①熟悉换能器的工作状态,以便选择最适合各种测试的换能器,②确保换能器发挥出预期的性能,③应很好掌握换能器给超声信号带来的影响。 本文发表的是马萨诸塞州陆军材料技术研究室开发的测试换能器特性的技术及装置。这一测试是由超声波束的图像化,电阻抗测定,插入损耗测定和脉冲及频率响应测定四部分组成。并且列出了频率为5MHz,直径为0.5英寸的二种换能器的特性测试结果。其中一个是聚焦型的,另一个是非聚焦型的。 超声波束的图像化 超声的波束发散度,波束直径,波束传播范围,波束截面均匀性…     

电磁声换能器性能测试研究

本文简单地介绍了纵波电磁换能器产生和检测超声的机理，设计与制作考虑。对所研制开发的纵波ＥＭＡＴ的方向性，非接触脱离特性、分辨率和务灵敏度等性能的测试方法进行了系统研究和测试，并给出了其测试结果。     

超声波电源频率跟踪系统的研究

当超声波换能器在长时间工作时,受发热的影响,谐振频率会发生漂移。为了保证超声波换能器一直工作在最佳谐振状态,本文提出了一种自动频率跟踪系统。该系统通过鉴相电路检测超声波换能器电压与电流的相位和方向,将PI调节频率变化大小与相位关系调节频率方向相结合来实现精确的频率跟踪。经过试验验证,该方法能够精确锁定最佳谐振频率并跟踪上超声波换能器的动态变化。     

短量程智能超声波液位计的研制

我们研制了一种可用于有气雾、高温、腐蚀性贮罐的智能超声波液位计，它是根据空气回声测距原理，可对各种工业生产过程中储槽、容器中的介质的液位进行非接触连续测量的仪器。它由主机和超声换能器及温度传感器组成，主机的单片机用来控制超声波换能器的发射和接收、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ转换以及数字显示。发射、接收电路由脉冲发生器、接收放大器、自动增益控制、整形等电路组成。超声波换能器为其能在有腐蚀性的场合使用，采用了抗腐蚀的ＰＶＣ材料，同时考虑了工业上的安全使用，故将换能器设计成密闭防爆式的结构。仪器的主要特点：①根据测…     

可水声定位的水下弹载测试系统设计

为了获取水下弹体发射全过程的多通道飞行姿态数据,并且针对水下弹体发射入水后难以搜寻的问题,设计了一种可水声定位的水下弹载测试系统。采用STM32F103C8T6作为主控芯片,控制系统多通道数据采集、存储与超声波脉冲信号的发出。设计了功率放大电路和阻抗匹配电路,提高了系统工作效率。经过测试,加载在换能器上的激励电压峰-峰值达134 V,可驱动换能器发出超声波。实验结果表明,采集系统可以连续高精度地采集弹体全过程飞行数据,在水下3.8 m可探测到目标,达到实际使用要求。     

多通道超声波检测仪器性能测试方法探讨

超声波检测仪器性能的稳定性、可靠性、灵敏度将直接影响检测技术人员对材料缺陷评价的准确性。针对多通道超声波检测仪建立一套完善的性能测试方法,定期开展对多通道超声波检测仪器进行测试是非常必要的。     

超声波料位仪的研制

超声料位仪上的换能器主要是夹心式和多波节复合弯曲换能器，本文介绍了一种采用压电陶瓷圆管径向振动模式的超声波料位仪，它的工作频率21kHz，最大量程25m，盲区≤0．85m，工作可靠性能稳定．     

超声波流量计换能器系统理论分析及应用

为了使超声波流量计能够获得最佳的超声波信号,从理论上分析了超声波流量计的换能器系统,在此基础上提出了用收发电压灵敏度参数来表征换能器系统的综合发射和接收性能。采用等效网络理论,计算了超声波压电换能器的发射特性和接收特性,同时给出了收发电压灵敏度的表达式以及在流量计工作频率下换能器的最优设计准则。应用该准则设计并制作了适用于热量表的超声波换能器。实验结果表明:采用该设计理论研制的换能器系统可以使热量表在工作频率上获得最优的超声波信号,同时也证明了采用该理论设计的超声波流量计换能器系统的有效性。     

电磁声换能器性能测试研究

本文简单地介绍了纵波电磁声换能器（ＥＭＡＴ）产生和检测超声的机理、设计与制作考虑。对所研制开发的纵波ＥＭＡＴ的方向性、非接触脱离特性、分辨率和探伤灵敏度等性能的测试方法进行了系统研究和测试，并给出其测试结果。     

超磁致伸缩稀土换能器测量系统

本文介绍了一种超磁致伸缩稀土换能器测量系统，并应用此系统对超磁致伸缩稀土换能器进行了测试，得到了满意的结果。     

基于机械品质因数的全波压电超声换能器设计

针对全波压电超声换能器常规设计方法存在的尺寸参数较多、计算较复杂等问题,研究了一种利用机械品质因数设计全波压电超声换能器的方法.基于压电超声理论推导了全波压电超声换能器的频率方程,利用电学理论推导了全波压电超声换能器各组成部分的等效电路,利用等效电路求取了在任意等效截面处的等效机械阻抗,进而推导出全波压电超声换能器各部...     

脉冲波声场的数值计算与测试研究

针对超声检测中影响缺陷定量准确性的声场问题进行了深入讨论,研究了脉冲波声场的计算方法,设计了相应的计算软件并绘制出实用换能器声轴线上的声压分布曲线,分析了不同材料和厚度的采样回波对频谱的影响,比较了连续波声场和脉冲波声场的分布特性及异同点。对脉冲波声场的测试结果表明,数值计算和实测结果有较好的一致性。本研究结果为提高超声检测中缺陷定量的准确性和科学性提供了依据。     

超声波在水中衰减的频率效应及其对脉冲回波的影响

超声波在传播中会发生幅值衰减,该衰减不仅与超声波传播的距离有关,还与超声波的频率有关。为了研究高频超声波衰减的频率效应,本文通过脉冲回波法分析脉冲超声波在水中传播反射回波的幅值和频谱变化,研究了超声波在水中传播时幅值衰减与传播距离及其与超声频率之间的关系,通过测量脉冲超声波在水中传播不同距离时的反射回波,并对其进行傅里叶变换,分析了超声波传播衰减的距离效应和频率效应。研究发现:超声波在水中的传播衰减随距离呈指数规律,且不同频率超声波的衰减系数不相同,频率越高,衰减越大,衰减的频率效应可有效解释反射法高频脉冲超声检测中回波脉冲信号的中心频率远低于换能器标称中心频率的现象。     

超声键合换能器的研究——回顾与展望

回顾了超声键合用换能器的发展状况,特别是在我国的研究状况。对超声键合用换能器的研究方法进行了总结,例如等效网络法、直接解振动与波动方程法、有限元法。不少单位已经编制了等效网络法的计算程序,可以迅速准确地得到细长和简单换能器结构的频率特性和导纳曲线;利用有限元软件可以计算复杂结构的换能器特性,是当今设计仿真的有效工具。论文结合当前微电子、集成芯片对超声键合的大量需求,展望了超声键合换能器的发展前景。除高频换能器和小体积的换能器需要进一步研究外,性能更加稳定和优良的换能器依然是研究的热点。     

基于LMS自适应时延估计法的微地形测距系统研究

根据单波束超声波测距原理,向模拟海底钴结壳微地形的水池表面发射超声波,应用自适应滤波方法可以估计超声回波信号的时延,使最小均方误差(LMS)后的回波信号与参考信号之间方差达到最小值,此刻的延时量就是渡越时间t,从而求出探头与目标之间的距离.通过计算机仿真和试验结果表明,将最小均方误差自适应时延法应用于海底微地形高程数据的测量,获得测距精度高,能够适用于海底微地形的探测.     

Shear elasticity probe for soft tissues with 1-D transient elastography

Important tissue parameters such as elasticity can be deduced from the study of the propagation of low frequency shear waves. A new method for measuring the shear velocity in soft tissues is presented in this paper. Unlike conventional transient elastography in which the ultrasonic transducer and the low frequency vibrator are two separated parts, the new method relies on a probe that associates the vibrator and the transducer, which is built on the axis of the vibrator. This setup is easy to use. The low frequency shear wave is driven by the transducer itself that acts as a piston while it is used in pulse echo mode to acquire ultrasonic lines. The results obtained with the new method are in good agreement with those obtained with the conventional one.     

基于干耦合横波超声换能器的钢丝长度检测及缺陷定位

在特定工况下会出现无法将超声换能器放置在杆状构件底面完成常规检测的问题，如服役桥梁的平行钢丝构件、装配式建筑中灌浆套筒内的插入钢筋。为了提高超声导波技术的适用性，提出了将频率为50 kHz的自发自收式干耦合横波超声换能器置于杆状钢丝侧面进行长度检测及缺陷定位的方法。结合理论分析、仿真模拟和试验验证开展研究，结果表明：干耦合横波超声换能器的最优激发角度为90°，即激发方向垂直钢丝轴向；对于不同长度和不同缺陷位置的钢丝，长度检测和缺陷定位的仿真及试验结果的预测相对误差均小于2%。     

超声换能器声场的激光可视化研究

为了提高超声检测的灵敏度和检测精度,优化检测工艺参数,充分了解超声换能器形成的声场至关重要。搭建了超声换能器声场的激光可视化实验平台,利用超声换能器在试样中激发出超声波,利用激光散斑接收试样表面某点在一段时间内的位移,再通过扫查获得一定区域内质点的位移,进而形成多时刻的质点位移场,以此实现超声场的动态显示。利用该系统对超声换能器声场的扩散情况进行了探测,探测结果与理论计算结果基本一致。     

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。     

A flexible piezoelectric transducer design for efficient generation and reception of ultrasonic Lamb waves

This paper describes the development of a flexible piezoelectric transducer for the generation and detection of ultrasonic symmetrical Lamb waves in plate-like structures. This piezoplatelet transducer structure comprises an array of miniature piezoceramic plates embedded within a soft setting polymer filler material, combining the efficiency of the active piezoceramic phase with a degree of flexibility, which is a function of the platelet/polymer dimensions. For many condition-monitoring applications, the generation of ultrasonic Lamb waves is often appropriate, and this was achieved by incorporating interdigital design techniques via the transducer electrode pattern. The performance of the piezoplatelet transducer structure was evaluated using a combination of linear systems and finite-element modeling, substantiated by experimental results. Importantly, the transducer is shown to operate as an ensemble of platelets, each operating in the thickness mode and well decoupled from neighboring piezoelectric elements. Using this transducer configuration, an unimodal s1 Lamb wave, at 1.45 MHz, has been generated and detected in a 3-mm thick steel plate. Furthermore, a propagation distance of almost 1 m was recorded for s0 Lamb wave generation/detection in a fiber-reinforced composite plate.