曲面超声换能器近声场指向性研究

通过结合物理声学原理推导出曲面结构及其等效动态相控阵列超声换能器所形成的近声场分布,并利用数学软件对超声近场声压进行近似数值仿真。通过分析比较各声场指向性的仿真结果表明,在给定的工作频率和介质条件下,对比于平面结构,二维半圆球壳的曲面压电晶片或等效相控阵元阵列结构的超声换能器在近声场可实现高强度聚焦,同时近声场焦点处的横向/纵向分辨率都达到最佳,旁瓣/栅瓣抑制也达到最大。最后给出了在曲面阵列优化设计方面一些有价值的规律。     

基于薄板理论的密排结构CMUT发射声场研究

由微机电系统(MEMS)工艺制作的电容式微机械超声换能器(CMUT),其具有宽频带,易与电子电路集成制作等优势,在医学成像领域具有广阔的应用前景。为了研究一种密排结构CMUT超声换能器的发射声场特征,该文提出了一种简单的物理域相互作用分析方法。基于薄板的振动理论,由CMUT单元的声学辐射原理及特性计算得到CMUT阵元辐射声场的解析解。通过振膜振动分布实验验证了采用薄板振动理论一阶振型方程的正确性。通过仿真和实验研究了CMUT发射单元在不同排布方式和条件下的声场分布、声轴声压和指向性,为CMUT的设计和性能分析提供了理论依据。     

脉冲波反射折射特性的分析计算

利用FDTD法和PML技术计算分析了平面分界面对脉冲波的反射和折射,充分而形象地描绘平面界面对脉冲波反射的时域过程。通过对折射波的分析获得下述结论：当入射角小于临界角时,折射波波前与几何光学原理一致,当入射角大于临界角时,沿界面传播的折射波不是慢波,而是以媒质Ⅱ的速度传播。所得结果有助于加深对脉冲波反射和折射性质的理解。     

压电MEMS超声换能器阵列声场研究

研究了一种基于微电子和微机械加工技术的六边形压电超声换能器阵列。依据活塞声源辐射声场特性,采用瑞利积分法计算了方形膜声压及指向性函数;运用惠更斯原理,仿真模拟了阵列远场声压分布。理论分析了阵元边长、阵元中心间距和阵元数目等结构参数对阵列波束宽度、方向锐度角和旁瓣级的影响。结果表明,该阵列模型不仅能完全消除栅瓣,有效抑制旁瓣,减小主瓣宽度,且在低频(约10kHz量级)范围有很高的指向性。通过优化阵列参数,可获得最佳的声压分布,进而为阵列设计和声场分析提供理论参考。     

基于空间冲激响应的圆形换能器辐射声场研究

基于空间冲激响应的稳态声压场理论,从选取距离函数出发,建立了单阵元圆形平面换能器声场中任一场点处的基于傅里叶变换的冲激响应声场模型,该模型适用于声场中的任意位置。并运用Matlab仿真了换能器的轴向与径向声压分布,且在圆形换能器冲激响应的声压分布实验系统上进行验证,实验结果与仿真得到的声压场具有很好的一致性。实验验证表明,仿真结果可准确反映圆形换能器的空间辐射声场分布。该方法计算快捷,对于优化圆形换能器设计参数及提高超声成像检测分辨率有重要参考意义。     

换能器布阵数量对超声清洗声场特性的影响

利用有限元法对粘贴有不同数量换能器的清洗槽的声场进行数值计算,并将声场中各点声压做统计处理来比较不同声场的强弱和均匀性.用电化学法测量了不同清洗槽的声场,实验结果和数值计算结果基本吻合.结果表明,在槽体尺寸一定时,声场强度并不随换能器个数的增加而线性增加;在换能器达到一定数量后,声场均匀性也不随换能器的增加而明显改善,此时存在一个最佳的换能器布阵数量.该文所得结果对换能器的布阵优化有一定的指导意义.     

基于SH0导波的电磁超声换能器设计与实验研究

传统基于周期性永磁体的电磁超声换能器结构较复杂,为此该文提出了一种由单一永磁体和导线阵列线圈构成的电磁超声换能器(EMAT)用于激发板中的SH0导波.首先叙述了设计的原理,并采用有限元软件进行三维数值仿真分析,利用水平极化永磁体垂直于板面的磁场在铝板中成功激发出SH0导波.为使EMAT换能效率达到最优,研究长和宽为10...     

复频聚焦超声压电换能器声场及频谱的研究

研制了一种新型复频变超声换能器,并从理论上计算了辐射声压在轴向上的分布曲线,进而确定了焦区位置,这与实验所得结果符合得较好。文章还对换能器在水中焦区辐射声场的频谱进行了研究,观测到了两个原波。和频波,差频波及倍频波,证实了声散射声效应的存在。     

层状多界面的超声相控阵换能器声场研究

针对层状多界面粘接检测存在的难点,采用相控阵超声检测技术进行研究.建立了矩形换能器的辐射声场模型与声束聚焦偏转的时间延迟计算方法,实现了对声束的聚焦偏转控制.采用7 MHz的超声相控阵换能器仿真研究了多层介质中声场的特性,从仿真结果得出相控阵超声技术可用来检测层状多界面结构的多界面脱粘情况.     

一维线形超声相控阵换能器辐射声场研究

在相控阵超声工业无损检测中,超声换能器的声场分布直接决定着被检测区域的回波信息特征,从而影响检测结果。本文通过研究超声波在固体介质中的传播规律,建立了超声相控阵换能器在介质中辐射声场的数学模型,数值模拟了在一层、两层介质中相控阵换能器的辐射声场图,声场结果为更形象直观的了解声场变化和检测结果评估提供理论依据。     

基于混沌脉冲位置调制的实时超声测距系统串扰抑制

 超声测距系统中各换能器之间存在的干扰(即串扰)会严重制约测距的准确性;为消除串扰,采用混沌脉冲位置调制构造每个超声换能器的短发射序列;相关分析法被用于识别回声序列.分析了超声串扰产生原因,并给出了脉冲占空比与各次谐波能量的对应关系.为获得最佳的相关效果,采用遗传算法对Logistic混沌满映射调制的短序列脉冲间隔做了优化.所提方法在DC-DC(直流－直流)激励的静电型超声测距系统中获得了验证.结果表明,在合理配置脉冲间隔的情况下,混沌脉冲位置调制可用于消除实时超声测距系统的串扰.     

一种显示聚焦超声声场的方法

利用换能器发出的声波和反射波干涉形成驻波,通过玻璃微珠在驻波场中所受辐射力,使玻璃微珠在水槽底面形成驻波条纹分布,通过调整反射面与换能器的距离,使水中驻波场在换能器中声场值不为0的区域具有明显的条纹分布,通过底面微珠的条纹分布区域确定换能器声场分布区域。     

海底管道检测用线聚焦超声探头声场研究

海底管道缺陷的检测是由管道内智能猪完成的,智能猪上的超声探头阵列以恒定的速度一次性爬过管道,采集并记录缺陷数据供离线分析。所以探头的种类和性能直接影响对缺陷的检出率。论文针对智能猪用柱形曲面声透镜水浸式线聚焦探头,建立了其声场模型,并对其轴线声场和焦距进行了数值模拟。最后,实测了其轴线声场分布。     

超声波参数对平底孔回波声压探测的影响

针对超声波轴线声压对平底孔缺陷回波声压影响的问题,研究了基于当量法的超声探伤方法。首先,从点声源到声轴线上一点处的声压模型出发,通过菲涅尔近似理论,建立了声轴线的发射声场,得到了平底孔反射体的回波声压模型。对平底孔反射体的回波受平底孔尺寸、平底孔深度、声源尺寸、发射频率的影响进行了理论上的分析,并进行了实验模拟。结果表明,所建立的模型能对定量的无损评估有一定的指导意义。     

基于四维切片图的相控阵超声辐射声场研究

声束聚焦是超声相控阵区别于常规超声检测方式的主要特点之一。该文研究了单源矩形换能器与一维线阵的辐射声场。在四维切片图的基础上详细分析了频率、阵元数和阵元间距对声束聚焦时焦斑和焦深的影响,进而分析了对检测分辨力和声压值的影响,换能器参数的优化结果对于相控阵探头的优化设计具有一定的参考价值。     

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.     

基于超声相控阵技术的双金属复合板缺陷研究

针对双金属复合板在制作及使用过程中会产生缺陷的问题,阐述了超声相控阵检测原理及辐射声场理论。对含有ф3mm横孔和腐蚀坑缺陷的不锈钢-碳钢试件进行实验研究。结果表明:该技术能对不锈钢-碳钢复合板中的缺陷进行实时成像检测,能较准确地得到缺陷的位置、大小,两种缺陷的测量误差分别在6%、12%以内。