钢轨检测压电超声换能器宽频阻抗匹配研究

针对钢轨损伤检测系统中压电超声换能器与激励源存在阻抗失配,以及压电超声换能器带载后谐振频率偏移等问题,本文对压电超声换能器宽频阻抗匹配进行研究。首先,对压电超声换能器BVD模型参数进行优化。其次,基于上述模型,设计4种匹配网络,对其性能进行比较分析,从而确定最佳网络拓扑结构和参数。最后,基于一发一收实验平台,测试对比匹配前后压电超声换能器的接收信号。测试结果表明,本文设计的阻抗匹配网络可以实现对压电超声换能器的高效匹配,匹配后发射换能器有功功率平均提升了197.38%,工作带宽从1.44 kHz提升至2.22 kHz。同未匹配和传统L型匹配网络相比,本文设计的宽频阻抗匹配网络使得发射强度分别提升了61.07%和18.05%,压电超声换能器在工作带宽内均可达到良好的发射状态。