压电空气耦合超声换能器制备优化及实验验证

空气耦合超声换能器作为一种无损检测(NDT)的重要设备,具有广阔应用前景,但由于压电元件与空气声阻抗失配导致低带宽(BW)、低灵敏度(SNS)及高双程插入损耗等缺陷而阻碍其应用。该文对空气耦合超声换能器制备工艺进行优化,使用COMSOL软件模拟了压电元件的尺寸设计。同时通过采用1-3型压电复合元件与优化环氧树脂+空心玻璃微珠匹配层调控压电元件与空气的声阻抗,制备了工作频率400 kHz的空气耦合换能器。在工作频率时,该换能器的厚度振动模态较纯,带宽较宽,灵敏度与双程插入损耗为-38 dB。结果表明,采用该文自研工艺制备的空气耦合超声换能器具有良好的性能与巨大应用潜力。     

大功率超声换能器匹配技术研究

在电源与超声换能器间,匹配电路起纽带和桥梁作用。大功率超声系统能否正常工作,取决于匹配电路的设计。该文从大功率超声换能器的阻抗特性和实际工作条件出发,对换能器匹配技术进行了研究,提出了一种电容、电感串、并联结合的匹配电路,以及一种可对匹配电感值进行在线调节的新型电路结构。经过ADS仿真和实际工作验证,大功率超声换能器在这种匹配电路下可长时间稳定地工作,且调试上更方便快捷。     

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.     

压电超声换能器阻抗特性分析与匹配设计

压电超声换能器在不同的工作频率下具有不同的输入阻抗,当驱动信号源输出阻抗与换能器输入阻抗失配时会产生能量损耗,导致无法满足换能器的功率要求,从而使其光谱衍射效率降低,影响光谱成像质量。为此对换能器阻抗频率特性的深入研究,设计了一种新型宽带阻抗匹配网络。通过ADS仿真及匹配电路的测试,最终在115~180 MHz超声波频率内可使换能器的光谱衍射效率最高达70%。     

超声换能器电感电容匹配电路的改进

在研究压电超声换能器电感电容匹配电路原理的基础上，分析换能器工作时，由于温度等环境因素变化而引起的各项电性能参数的改变及对匹配电路电抗性质的影响规律。提出调整其中部分匹配电容为变容二极管的方法，减小匹配电路电抗性质受到的影响，由此得到一种在一定变化范围内适应能力较强，在固定频率要求下应用于功率超声的电端匹配电路，理论分析及实验证明该法可行。     

超声耦合无线电能传输用发射换能器优化设计

针对超声耦合无线电能传输系统研究的需要,对水下超声耦合无线电能传输系统发射换能器进行选型,确定换能器类型及工作频率。基于夹心式纵振压电换能器一维设计理论对发射换能器进行优化设计,在深入分析圆锥形前盖板延展系数对换能器振速比和等效机电耦合系数影响的基础上,选取的延展系数能同时兼顾换能器振速比和等效机电耦合系数均为较优值,并据此进一步确定换能器全部结构尺寸。实际测试结果表明,试制的发射换能器实际谐振频率为38.552 kHz,等效机电耦合系数为0.149,满足实际需要。     

蜂窝夹芯结构脱粘的空气耦合超声检测技术研究

针对当前蜂窝夹芯结构超声无损检测效率低及耦合剂污染等问题,该文提出了使用空气耦合超声透射法进行检测并成像。首先利用COMSOL建立了二维蜂窝夹芯结构空气耦合超声检测模型,通过置入不同大小空气层以模拟实际脱粘缺陷。仿真结果表明,与无缺陷相比,脱粘后超声信号幅值变小,且缺陷越大,超声信号幅值越小。其次制定空气耦合超声透射实验方案,使用频率为200 kHz空气耦合超声换能器对不同脱粘面积进行实验研究,实验结果与仿真结果趋势相同,验证了该方法的有效性。最后搭建了空气耦合超声C扫描系统,对不同大小脱粘缺陷进行超声C扫描成像。成像结果表明,该方法最小可显示9 mm的脱粘缺陷轮廓,解决了蜂窝夹芯结构的脱粘无损检测。     

基于单口S参数的超声换能器有载匹配研究

介绍了基于单口S参数理论进行超声换能器匹配的原理,并利用网络分析仪测量超声骨科换能器在空载和各种组织负载下的反射系数.结果表明,负载对换能器的匹配有很大影响.为提高切割效率,匹配电路中的变压器的变比应随负载的变化而进行自动切换.实验研究表明,采用相应的匹配电路后,空载反射系数绝对值增加了4倍,松质骨为负载时的反射系数绝对值增加了30倍以上,增加了负载输出功率.     

超声骨科换能器等效电路模型研究

在超声骨科换能器等效电路模型中,各类损耗和被切割组织负载是影响模型准确性的主要因素。在考虑压电材料的介电损耗、机械损耗及其他部分机械损耗下,建立了空载等效电路模型。实验证明,此模型能更准确地预测换能器的空载特性。建立了组织负载模型以及与负载相关的机械损耗模型,通过组织切割实验,验证了该等效电路模型能很好地描述骨科超声换能器有负载情况下的特性。     

压电超声换能器的电端匹配电路及其分析

本文分析了压电超声换能器的几种匹配电路及其匹配原理,推出了超声频电发生器与换能器之间的理想匹配条件,研究了电端匹配电路对换能器的谐振频率及其有效机电耦合系数的影响,所得结论为压电超声换能器匹配电路的设计提供了一定的理论依据。     

匹配电路对压电陶瓷超声换能器振动性能的影响

研究了匹配电路对压电超声换能器共振频率及其振动特性的影响；分析了由匹配电路和换能器组成的能量传输系统的有效机电耦合系数与匹配电路参数之间的关系。理论与实验表明，由电感和电容组成的匹配电路，使换能器的共振频率发生了变化。通过合理选择匹配电路参数，可提高系统的机电耦合系数，增大声功率输出。     

基于PSpice的Buck变换器仿真教学研究

作为一种基本的DC/DC降压式变换电路,Buck变换器被广泛应用于电机的无级变速与控制。本文基于PSpice软件,对Buck变换器进行参数仿真、对其功耗分析和吸收电路设计方面进行电路仿真。形象化的教学,可以直观观察分析Buck变换器元器件参数的选取对电路性能的影响,为实际Buck变换器设计与研发提供可靠依据。     

功率超声压电换能器阻抗匹配电路参数化设计

针对功率超声压电换能器,因工作环境变化和负载差异而导致匹配失调,及因匹配参数计算复杂而导致设计效率低、易出错的问题,在分析传统LC匹配电路的基础上设计了一种增加可调元件进行匹配失调补偿的改进型LC匹配电路,提出了一种功率超声压电换能器阻抗匹配电路的参数化设计方法,开发了相应的参数化设计软件,通过实验验证表明,该设计方法和软件为功率超声压电换能器匹配电路的设计提供了一种方便、实用、快捷、可靠的手段。     

压电超声无线能量传输通道阻抗特性研究

基于压电晶体沿厚度方向振动的数学模型,用等效电路法分析得到表面镀银的某型压电超声换能器的谐振频率和反谐振频率,与实测结果相符。在考虑耦合层影响条件下,建立了由外部压电换能器-金属壁-内部压电换能器所构成超声无线能量传输通道的等效电路模型,并仿真得到了通道的阻抗特性,与高精度阻抗分析仪实际测得的阻抗进行比较,验证了所建模型的准确性。     

基于PSpice的电子电路仿真与设计

PSpice是一种功能强大的通用电路仿真分析软件,他可以根据给定电路的结构和参数,对电路进行基本性能分析,从而可方便快捷地评价电路设计的正确性。简要介绍了PSpice软件的功能和特点,给出了利用PSpice辅助电子电路分析与设计的流程,并通过一个有源二阶滤波器的设计实例,阐述了具体的实施方法与步骤。仿真结果表明PSpice在工程设计领域有很好的应用价值。     

电路设计的PSpice仿真分析

提出了一种将PSpice的参数扫描分析和优化分析相结合的新方法时电路进行最优化仿真设计，并结合一个带通滤波器电路，阐述了该仿真分析方法的具体实施步骤，给出了滤波器电路最优化设计的仿真分析结果。其结果完全符合设计的理论分析值的要求，说明该方法在实际电路设计中具有很好的实用价值。     

微带多电容负载阻抗匹配模型和计算

分析了多抽头微带取样传输线的波形失真问题，根据分布参数理论和微波传输线理论，提出基于集中参数原则的等效分布电容模型和基于分布参数理论的局部补偿模型，推导出阻抗匹配计算公式和计算方法，数值模拟和电路仿真结果表明，将两种方法联合应用进行补偿，可大大降低输出波形的失真程度。     

铸造用超声换能系统阻抗模型的研究

利用等效电路建立了铝合金铸造用超声换能系统的阻抗模型,在15～28 kHz范围内分析了常温和铸造条件下系统纵振频率和阻抗。在常温和铸造条件下,系统分别有2、3阶纵振频率;在铸造条件下,1阶频率对应的阻抗增加明显。利用Agilent4294A阻抗分析仪做了扫频测量,结果与此相符。     

压电超声换能器的阻抗匹配分析

介绍了压电超声换能器在串、并联谐振时的等效电路,并对换能器工作在两种谐振频率时的实时跟踪和工作性能进行了详细分析,通过对换能器的外部LC串联匹配分析和相应的阻抗匹配变换,提出了压电超声换能器在并联谐振角频率附近,具有很好的功率自动调节性能。