具有大指向性开角及高发射电压响应的发射换能器

应用复合变幅杆及夹心式换能器结构,研制了一种指向性开角较大且发射电压响应较高的发射换能器。应用有限元方法对换能器的工作频率,发射电压响应及指向性进行了理论计算。并与实验结果进行了比较,结果较吻合。本文研制的换能器工作频率为75.6kHz,发射电压响应级达到1 56dB(基准值1V/μPa)。

一种随钻四极子复合发射换能器的设计

设计了一种基于金属基片结构的随钻四极子复合发射换能器。采用有限元法数值模拟了换能器的频域及时域声学响应,考察了钻铤结构及声源激励脉冲宽度对其声学特性的影响,实际封装制作了发射换能器并进行了消声水池实验测试。测试结果表明,该发射换能器的谐振频率、发射电压级及水平指向性与数值模拟结果吻合较好。该换能器在频率4.7 kHz附近存在一阶弯曲振动模态,其发射电压级可达126.2 dB,具备低频、大功率的辐射特点,可满足随钻四极子声波测井需求。

基于Comsol的纵振宽带水声换能器优化

为了使换能器得到更大的工作带宽以及降低发射电压响应起伏,提出一种空腔式多激励纵振水声换能器,通过有限元分析,研究换能器在不同阶段的振动模态以及在空气和水中的谐响应特征,实现水声换能器的带宽发射。通过对各个部件的材料、尺寸优化后,得到换能器的工作带宽10~31.5 kHz,发射电压响应起伏5.1 dB以及发射电压响应幅值127 dB。根据优化后的参数加工制作了纵振水声换能器样机,并在消声水池进行实物测试,得到可用工作带宽为11.5~30.5 kHz,发射电压响应起伏在±3 dB,平均幅值126 dB。试验结果和计算机仿真结果基本吻合,符合预期要求。

发射型钹式换能器的研究

为分析低频钹式换能器的发射电压响应、辐射声功率、发射效率等性能参数,通过ANSYS有限元软件建立了发射换能器的轴对称模型,设计了不同结构参数的共振频率为2kHz左右发射型钹式换能器,从结构阻尼入手,通过仿真分析计算,得到换能器的带宽、品质因数等,比较了不同结构参数的换能器的各项性能,绘制了不同结构参数的发射电压响应曲线,为分析设计钹式换能器提供了理论依据。

负载网络参数对E类放大器输出电压的影响

在任意Q值和任意占空比D情况下对E类开关模调谐功率放大器进行了分析,根据谐振回路中电容值的大小,导出了放大器的工作方程,并用拉普拉斯方法,对放大器电路方程进行了求解。结果显示,当放大器的负载网络取不同参数值时,分别得到高Q值的正弦输出电压和低Q值的非正弦输出电压。在最佳工作条件下,给出了集电极电流和集电极——发射极电压波形。

车载电气、电子设备的传导瞬变发射和设备的抗瞬变干扰能力(一)

本文介绍车载电气,电子设备的传导瞬变发射和设备的抗瞬变干扰能力。

基于Comsol的宽带复合棒水声换能器优化研究

为了进一步降低复合棒水声换能器的谐振频率,拓展工作带宽,同时减小发射电压响应起伏,利用有限元软件Comsol对一个三激励宽带复合棒水声换能器的振动模态进行分析,研究弯曲盖板、辐射头的材料和结构尺寸对复合棒水声换能器发射电压响应的影响规律,通过优化结构尺寸改善其发射电压响应。最终优化仿真的结果表明,优化后的复合棒水声换能器工作范围从9~31 kHz,可工作带宽为22 kHz,发射电压响应都处于130 dB以上,有效拓宽了多激励宽带复合棒水声换能器的工作带宽。

1-1-3型压电复合材料的水声换能器研究

应用切割灌注法制备了1-1-3型压电复合材料,并对其电学性能进行了测试。1-1-3型压电复合材料通过在压电晶柱间引入2种具有不同杨氏模量的聚合物,提高复合材料整体的机电耦合系数。经测试,其机电耦合系数达0.65。以此材料为基础制备了谐振频率为110kHz的水声换能器,并研究了匹配层对1-1-3型压电复合材料换能器性能的影响。通过对比发现,当换能器具有匹配层结构时,可产生共振效应,能有效提高换能器的发射电压响应及接收灵敏度。

基于非线性超声技术损伤钢筋混凝土无损检测的适用性研究

以27个钢筋混凝土试件拉拔试验和1个立方体试块分级加载试验为基础,利用ZBL-U520非金属超声检测仪对试件进行无损检测,分析了接收器频率、发射电压对激发二次谐波的影响,以确定仪器最佳设置参数.在此基础上利用非线性超声技术,对不同荷载水平下的试件损伤进行了无损检测,研究了考虑锈蚀率以及荷载损伤的二次谐波和非线性系数变化关系,验证了非线性超声技术在钢筋混凝土无损检测中的适用性.结果表明:接收换能器频率为发射换能器2倍时,激发二次谐波效果更佳;对比不同发射电压(65 V、125 V、250 V、500 V、1 000 V)的频谱图,发现随着发射电压增加二次谐波幅值也增加,因此在仪器允许范围内要获得较为精确的非线性超声特征参数,选取发射电压1 000 V.随着试件锈蚀率和拉拔力增加,二次谐波幅值和非线性系数呈非线性变大趋势;配箍率和保护层厚度增加,试件二次谐波和非线性系数增加缓慢,反之二次谐波和非线性系数增加较快.试验分析表明:利用非线性超声技术对钢筋混凝土检测得到的非线性超声特征参数去表征试件损伤程度是较为准确和合适的.

超声波激发参数对检测结果的影响

超声波检测是应用最广泛的无损检测技术之一,在超声波检测过程中,激发参数对检测效果有着直接的影响。本文研究了超声波检测的激励方式、激励脉冲宽度、激励电压、激励脉冲的重复频率、阻尼电阻等激发参数对检测结果的影响规律,给出了在实际无损检测工作中对上述各个激发参数的设置原则,旨在为从事超声波检测的人员提供参考。

凹桶型弯张换能器有限元计算及其实验验证

用有限元法对凹桶型弯张换能器进行了建模与分析计算。首先介绍了用有限元模型分析换能器的基本理论,然后建立了凹桶型弯张换能器的轴对称有限元模型,给定换能器的材料属性与边界条件,计算其在空气和水中的导纳曲线,及其发射电压响应。分别在空气和消声水池中对凹桶型弯张换能器的导纳曲线、谐振频率及发射电压响应进行了实验测量,理论计算结果与实验测量结果基本一致。研究结果表明,用有限元模型对凹桶型弯张换能器进行建模与计算是正确有效的,它能在换能器的设计阶段就对其性能进行预报从而指导换能器的设计,并为进一步分析换能器的声辐射特性提供了表面振动位移和振速分布。

双激励宽带水声换能器理论研究

如何有效提高水声换能器的工作带宽一直是水声界关注的热点,本文从理论上探讨了一种拓展水声换能器带宽的方法,对该类型水声换能器带宽影响较大的因素进行了详细的分析。仿真结果表明,通过调整中间质量块和后质量块的材料与尺寸可以有效地改善换能器的发射电压响应带宽。比较了有限元方法与传统一维(1D)等效电路方法,结果表明,传统1D等效电路方法也可以用来设计这种换能器,同时给出了设计该型宽带换能器的规律,对换能器设计人员有一定的参考价值。

折回型纵向振子低频拼合圆柱换能器

提出一种具有小尺寸、低频、水平无指向性的新结构换能器——折回型纵向振子拼合圆柱换能器,换能器由4组共享尾质量块的折回型压电纵向振子正交布置驱动环形辐射面拼合构成。采用有限元方法对换能器进行优化设计,并制作了换能器样品。实验结果表明:换能器直径为Φ180 mm,谐振频率为1.5 kHz,最大发射电压响应为131 dB,最大声源级不低于188 dB,水平全向。该换能器具有低频、小尺寸、水平无指向性的特点,具有良好的应用前景。

随钻声波测井圆弧状压电阵子的有限元分析

圆弧状压电阵子是随钻声波测井仪发射换能器的核心部件。利用有限元法对圆弧状压电阵子进行了设计分析,结果表明20kHz以下频率范围内主要存在弯曲振动模态及径向振动模态,且径向振动模态能够满足随钻声波单极测量模式的工作频率要求。针对径向振动模态,数值模拟了几何尺寸对压电阵子声学性能参数的影响。圆弧状压电阵子的谐振频率随着陶瓷片厚度的增大而升高;随着陶瓷片高度、半径及张开角的增大而降低。圆弧状压电阵子的最大发射电压级幅值随着陶瓷片厚度、张开角的增大而降低;随着半径的增大而升高;随着陶瓷片高度的增大,最大发射电压级幅值先升高后逐渐降低。以外径为6.75in的钻铤为例,最优化设计了圆弧状压电阵子的尺寸,使其满足钻铤模式波隔声阻带中心频率的要求,同时保证了压电阵子具有最大发射电压级。数值模拟结果可以对随钻声波测井仪发射换能器设计起到良好的指导作用。

离子液体电喷微推力器系统设计及性能初步研究

为了研究发射电压和流量对离子液体电喷微推力器性能的影响,设计了一种主动供给型离子液体电喷微推力器,建立了推进剂供给系统、真空系统和飞行时间测试系统,首先对推进剂供给系统进行了流量标定,使用飞行时间法在不同流量和不同发射电压条件下对推力器进行测试,根据飞行时间曲线得出推力器的基本性能。试验证明推力器能够在真空环境中实现正负模式交替发射,得到了推进剂供应系统的流量变化范围和推力器性能随发射电压和流量的变化规律。结果表明该系统推进剂流量供应为100nL/s^500nL/s。发射电流均随发射电压和流量增加而增加,发射电流受发射电压的影响更加显著。推力器推力受发射电压影响较大而比冲受流量影响较大。在实验条件下推力器的推力为112μN^183μN,比冲为250s^315s,效率为77%~90%,表明推力器处于胶体发射模式。

哈里伯顿BCAS-Ⅰ测井仪改进

哈里伯顿公司BCAS-Ⅰ测井仪是LOGIQ系列仪器中的一种单极声波测井仪,在长庆油田的实际应用中,暴露出了一些缺陷,比如发射能量弱和声系结构复杂。通过更换发射晶体,增大发射电压,改进电路结构,提高发射能量,使BCAS声波测井仪抗干扰能力增强,在恶劣井况下仍然能获取较好的声波时差曲线。

基于1-1-3型压电复合材料水声换能器性能分析

为提高高频水声换能器的性能,提出了一种基于1-1-3型压电复合材料的带有梯形匹配层的水声换能器设计。应用有限元方法分析了有无匹配层对复合材料电性能、辐射端振动位移的影响。并研制了带匹配层和不带匹配层的2种水声换能器。测试结果显示引入匹配层使得水声换能器在谐振频率为360 kHz时最大发送电压响应达到169.4 dB,接收电压灵敏度为-190 dB,-3 dB下接收信号带宽最大可达70 kHz,最大声源级达到208 dB。发送电压响应比没有匹配层的换能器提高了3.8 dB、声源级提高了6 dB、接收带宽拓宽了1.45倍。

陶瓷体积分数对压电换能器性能影响

研究了压电陶瓷体积分数(vc)对1-3型压电复合材料换能器收发性能的影响。换能器的收发性能主要由发射电压响应和接收灵敏度来衡量。通过有限元仿真和实验,分析了换能器的接收灵敏度和发射响应随压电陶瓷体积分数变化的规律,并将实验与有限元计算结果进行对比,二者基本吻合。实验和仿真结果表明,当陶瓷体积分数vc<0.4时,换能器的发射电压响应呈增长趋势;当vc=0.4~0.7时,发射电压响应趋于稳定值(173dB)。当vc=0.2~0.4时,接收灵敏度呈增长趋势,在vc在0.4附近达到-180.4dB;当vc=0.4~0.6时,接收灵敏度逐渐减小。

声子晶体结构在换能器匹配层中的应用

将声子晶体结构用于换能器匹配层中,利用声子晶体的能带特性改善换能器的匹配性能。研究了厚度振动超声换能器中声子晶体型匹配层的参数变化对换能器频带宽度、发射电压响应和辐射特性的影响,建立了声子晶体型匹配层厚度振动换能器等效电路模型,并利用传输矩阵计算了匹配层的声能量透射系数。研究结果表明:合理选择声子晶体型匹配层的材料和厚度,可以使换能器的频带宽度扩大一倍;并且将换能器的共振频率处于声子晶体结构的通带范围内,可以使声能量透射系数接近于1。

压电微机械超声换能器仿真与结构优化

压电微机械超声换能器(PMUT)在医疗阵列成像、手势识别、内窥成像、指纹识别等领域有着重要的应用,而灵敏度等性能是影响其成像质量的主要因素。该文对基于PMN-PT圆形压电复合振动膜的压电微机械超声换能器等效电路模型进行分析,并通过有限元法研究了压电层PMN-PT厚度对PMUT的发射电压响应、接收灵敏度的影响。仿真结果表明,当压电层厚度为4.5μm(厚度为基底厚度的90%)时,换能器的发射电压响应级最大,达到191.6 dB,接收灵敏度级随厚度的增加基本呈线性上升趋势;当压电层厚度为5.1μm(厚度为基底厚度的102%)时,回路增益(损耗)最大,达到-64.50 dB。