双激励源压电陶瓷超声换能器的共振频率特性分析

 本文对具有两组压电陶瓷激励元件的夹心式功率超声压电换能器进行了理论及实验研究.当换能器中的两组压电陶瓷元件分别被激励时,换能器可以产生两组不同的共振及反共振频率.利用换能器的梅森等效电路,得出了其频率方程.探讨了换能器的共振频率及反共振频率与其几何尺寸及电学边界条件的依赖关系.研究表明,换能器的共振频率不仅与其几何形状和尺寸有关,而且与电学边界条件有关.在同样的几何尺寸下,电端开路时的共振及反共振频率大于电端短路时的共振及反共振频率.在两种电学边界条件下,换能器的共振及反共振频率与几何尺寸之间的依赖关系是相似的,即当换能器圆锥前盖板的半径比增大时,换能器的共振及反共振频率总是降低的.     

电磁超声换能器（EMAT）的应用技术研究

电磁超声换能器以其非接触性、无需耦合剂等优点代表了无损超声检测技术的发展方向。文章介绍了电磁超声换能器产生的波模类型及其在工业领域中的应用进展。     

压电单晶换能器及其温度实验研究

压电单晶作为新型的功能材料,具有声速低、应变大以及能量密度高等特点,在超声探伤、超声焊接以及水声探测等领域具有良好的应用前景。基于有限元数值计算的方法,设计了一种基于弛豫铁电单晶的复合棒换能器,进行模态和谐响应分析,并制作了换能器样机,样机测试结果与仿真计算相吻合。此外,在此基础上对样机进行温度实验,得到了该换能器谐振频率、反谐振频率、阻抗值以及机电耦合系数等随温度变化的规律,对换能器的实际应用具有指导意义。     

调Q脉冲激光所产生冲击波间的非线性耦合

用调Ｑ红宝石脉冲激光辐照ＰＺＴ压电陶瓷基片表面上的银膜时，观察到所产生冲击波间的调幅现象，这表明，激光所产生的冲击波在压电陶瓷片中引起了非线性的正压电效应。     

电磁冲击波发生器箔片多物理场设计优化

为实现高功率电磁冲击波发生器箔片的优化设计,利用多物理场仿真工具COMSOL Multiphysics 对箔片建模并进行仿真和优化。相较于高阶本征频率,箔片在一阶本征频率下振动时具有更大的振幅;提出了箔片形变收益最大点的概念,据此可分析箔片在不同激励下的转换效率并用于确定激励电路参数以实现高效输出;其后对3种不同结构的箔片的性能在仿真分析的基础上进行了比较讨论,得到了波纹结构箔片在同等激励下具有更大振幅的结论。论文工作对高效高功率电磁冲击波发生器的研制具有一定参考价值。     

基于串联电磁式传感器的水质硝酸盐浓度检测试验研究

设计了一种串联电磁式水质硝酸盐浓度检测传感器,该传感器由平面电磁线圈和叉指阵列电极串联组成.搭建试验检测电路,针对不同浓度的硝酸盐溶液环境对传感器进行试验研究.结果表明,当电路输入信号频率为500K左右,硝酸盐溶液浓度低于40mg/L时,传感器的阻抗能够明显区分硝酸盐浓度,且阻抗灵敏度、阻抗实部灵敏度与溶液溶度之间呈现很好的线性关系,从而为电磁式水质硝酸盐浓度检测传感器的设计和实际应用提供参考.     

功率密度对等离子体冲击波力学效应的影响

为了研究入射激光功率密度对等离子体冲击波力学效应的影响,利用波长1.06μm,脉冲能量42mJ~320mJ,脉宽10ns的Nd:YAG激光作用在Al靶上,研究了冲量耦合系数Cm和激光功率密度I0的关系.实验发现靶材在离焦度χ不同时,Cm和I的变化关系相似,而对应的最佳功率密度明显不同.在功率密度由低慢慢升高过程中,冲量耦合系数先随功率密度升高而增加,升到最大值后随功率密度增加而减小.通过分析激光等离子体的吸收作用和离焦度不同时激光和靶相互作用机理的不同,认为Cm出现峰值主要是受等离子体屏蔽效应的影响,稀疏波的作用使得焦斑处最佳功率密度最大,而焦斑处空气击穿消耗能量导致焦后Cm峰值减小.     

AlN压电薄膜换能器性能的仿真研究

在压电换能器的制作中,电极对其谐振和反谐振频率、机电耦合系数及品质因数等重要性能有着直接的影响。该文针对AlN压电薄膜复合结构,采用COMSOL Multiphysics有限元软件对电极-AlN-不锈钢结构的三维模型进行了压电-结构耦合分析。基于此模型,通过改变电极厚度、材料及压电层的介电和机械损耗等参数,来研究换能器的性能参数变化,研究结果对后续以不锈钢为基底的压电超声换能器的制作起到了一定的理论指导作用。     

一种高效的夹心换能器有限元设计方法研究

夹心式压电换能器是多种设备的核心器件.该文提出了对换能器前后两部分分别设计和仿真的方法,比传统的按整体进行计算和仿真的方法实现了更高的仿真设计效率:首先,对前后部分分别进行仿真与优化,实现前后部分的谐振一致性;其次,把前后部分模型整合实现对整体的仿真和调整;最后,按最优方案制作换能器,并与传统方法设计的换能器进行实验对比.通过实验证明,按照该文提出的方法,加工装配的换能器不仅研制周期短,且品质因数高、谐振阻抗小、有较大的有效机电耦合系数.     

AlN薄膜异质结构声波激发特性研究

该文分别开发了两种基于AlN压电材料和原子数分数为10%的Sc掺杂AlN压电材料的薄膜叠层异质谐振器。通过有限元仿真和实验对比分析了器件的频率温度性能和Sc掺杂对谐振器声激励的影响。结果表明,Sc掺杂可能会影响压电薄膜叠层谐振器所激励声波的谐振频率、机电耦合系数和对应的频率温度系数(TCF),且对所激励声波的正反谐振点的TCF影响不同。此研究在传感及滤波器件领域极具应用潜力。     

瞬态电磁波对电子设备电缆的电磁耦合分析

瞬态电磁波对电子设备电缆的电磁耦合预测分析,是电子设备的电磁兼容性预测与分析的重要方面。提出了电磁场对电缆的电磁耦合模型,介绍了电磁耦合的数学计算公式,并对3种瞬态电磁脉冲对电缆的电磁耦合进行了预测分析,数值分析结果对有效抑制和减小电磁波对电缆的电磁干扰有一定的参考价值和指导意义。     

涡轮叶片红外热波无损检测技术研究

涡轮叶片的造价昂贵,为了满足涡轮叶片缺陷检测中的安全性要求,提高检测效率,本文采用红外热波无损检测技术对航空涡轮叶片内部冷却风道的缺陷进行检测,该技术不同于传统的红外检测方法,它是通过主动控制激励热源和分析测量样件表面的温度场变化获得样件表面及内部的结构信息,从而达到检测目的的,提出了烘热激励法、冷热水交替喷流激励法、涡流激励法和蒸汽激励四种检测方案,所得图像表明该技术有其独特的先进性.     

激励信号对地-空瞬变电磁响应的影响分析

运用数字滤波法和辛普森积分法,计算了阶跃波层状大地地-空瞬变电磁响应;以此为基础,通过卷积方法可得任意激励波形的电磁响应。从激励信号能量角度分析了激励波形的响应,能量大对应的响应就大。通过正演计算,半正弦波和三角波在on-time段响应随电导率的变化不明显;而off-time段高阻异常很快进入噪声区,在数据解释时,无法得到足够多的有用信息。为了解决这一问题,发射波形采用梯形波或方波,同时记录on-time段和off-time段数据进行异常分析,可使反演分辨率更高。     

弛豫铁电单晶超声电机的动态响应模拟与分析

相对于传统压电陶瓷,新型压电单晶材料铌镁酸铅-钛酸铅(PMNT)具有更优良的介电和压电性能。该文将PMNT单晶作为超声电机的驱动材料,引入二维弹性接触、预应力等因素建立数学模型。经Matlab软件对20mm超声电机进行模拟,其最大空载转速为383r/min,输入电压频率为50.3kHz。经过与实测结果对比,该模型能够较准确地模拟电机稳态运行时的性能参数。     

电磁导波能量压缩式脉冲激励方法研究

电磁导波检测技术因其非接触耦合特性而被广泛应用于各种类型金属管道的损伤检测,但较低的激发效率却导致电磁导波信号能量传递范围有限,限制了其在长管道和结构复杂管道方面的应用。为提高电磁导波换能效率,本文摒弃了脉冲发生器和功率放大器相组合的激励源结构,提出了一种以能量压缩原理为核心的脉冲激发方法,在空间和时间上压缩存储于电容中的能量来提高激发信号强度,并确定了脉冲形成回路参数的选取规则。实验证明该方法可以有效增加电磁导波激发信号幅值。     

LiCe掺杂对铋层材料K0．5Bi2．5Nb2O9的影响

用传统固相烧结法获得了含A位空位的(KBi)0.5-x(LiCe)x/2 x/2Bi2Nb2O9(其中为A位[KBi]空位)系列铋层陶瓷,研究了A位LiCe掺杂替代对K0.5Bi2.5Nb2O9系列陶瓷性能的影响。LiCe掺杂改性明显提高了K0.5Bi2.5Nb2O9系列陶瓷的压电活性,(KBi)0.44(LiCe)0.03 0.03Bi2Nb2O9陶瓷的压电系数d33、平面机电耦合系数kp和厚度振动机电耦合系数kt分别为31 pC/N、5%和22%。     

基于ZnO/SiO2/Si多层结构瑞利波的特性研究

利用射频(RF)磁控溅射法沉积(002)ZnO薄膜和SiO_2薄膜于Si基底,研制(002)ZnO/IDT/SiO_2/Si结构的声表面波延迟线,并通过3D有限元法仿真分析该结构所激发的瑞利波的声学特性,如相速度、机电耦合系数k~2等。通过实验验证,发现二者吻合较好。分析了ZnO薄膜的厚度对瑞利波特性的影响发现,当ZnO厚为8μm时,k~2取得最大值(为3.88%)。同时,分析了(110)ZnO/IDT/SiO_2/Si结构所激发瑞利波的声学特性,结果显示,当ZnO薄膜的厚为8μm时,k~2取得最大值(为5.5%)。     

X切LNOI谐振器的横模抑制方法研究

研究了基于 X 切 LNOI（LiNbO₃ on Insulator）衬底的声表面波谐振器。在保持谐振器品质因数（Q）值不变的情况下,采用电极假指长度加权的方法来抑制横向模态。设计并制备了不同结构的加权电极结构谐振器, 系统地探讨了电极加权周期及幅值对横向模态的影响规律。通过对比分析,确定了在频率 2. 5 GHz 下 X 切 LNOI 结构的最佳加权电极结构。实验结果表明,调整加权电极的设计可以有效抑制因 X 切 LN（LiNbO₃）材料引发的横向模态,进而优化谐振器的性能。