基于PMNT陶瓷的1-3型压电复合材料软模板法制备及其超声换能器研究

医用高频超声换能器广泛应用于人体及生物组织的精细结构成像。1-3型压电复合材料因具有较高的机电耦合系数和较低的声阻抗而成为高频超声换能器的核心材料。基于有限元计算和软模板法设计制备了高性能Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-PbTiO_(3)陶瓷/环氧树脂压电复合材料,并对材料进行了系统的电学性能测试。结果显示该1-3型压电复合材料具有优异的声学综合性能,其厚度伸缩模式机电耦合系数k t达到70.1%,其声阻抗Z a达19.05 MRayl。利用该材料制备了高频超声换能器,其-6 dB带宽达85%,插入损耗为17.7 dB。结果表明使用软模板法制备的压电复合材料具有适合于超声成像的优异的综合性能,有望促进高频超声换能器的商业化应用。

Tonpilz型压电陶瓷超声传感器的设计

超声传感器是一种电声转换器件,其敏感元件压电陶瓷控制传感器的主要性能。设计了一种谐振频率为140 kHz的Tonpilz型压电陶瓷超声传感器,从压电方程入手,建立了不同的理论模型,对等效网络法和有限元法2种不同的设计方法进行了比较。相应的试验表明:有限元法的分析结果直观明了、建模快捷、分析准确,其误差可控制在5%以内。设计研制的Tonpilz型传感器工艺简单、造价低廉、性能稳定。

用于复合材料的超声测厚传感器设计

复合材料作为一种优异的耐磨和耐高温材料,在高温设备热防护、飞机刹车制动盘等军事、特种民用技术等领域有着广泛的应用。为了更好地测量和评定这一类型材料的防护特性,迫切需要一种能够在试验中进行厚度动态测量的传感器。超声式厚度测量传感器具有无损、无放射性的优点,并且可以提供实时动态的测量结果,为这种类型材料的测量提供了强有力的技术手段。介绍此技术原理,并设计一套超声式厚度测量传感器系统。经过理论分析和试验表明,通过此方法的厚度测量精度可以达到1 mm的测量精度,并且设备在恶劣环境下能够稳定可靠地工作。

径向极化压电陶瓷长圆管复合超声换能器的径向振动

提出了一种圆管式径向复合压电陶瓷换能器,并对其径向振动特性进行了分析。该换能器由径向极化的压电陶瓷圆管以及金属外圆管组成。利用解析法得出了金属圆管以及具有任意壁厚的径向极化压电陶瓷圆管径向振动的机电等效电路。基于金属圆管与压电圆管的机械边界条件,得出了换能器的六端机电等效电路。在此基础上得出了换能器共振及反共振频率方程的解析表达式,给出了换能器的共振及反共振频率与其几何尺寸之间的依赖关系。利用数值方法对换能器的径向振动特性进行了模拟及仿真,并与解析结果进行了比较。最后,设计并加工了一些径向复合管式压电陶瓷换能器,利用精密阻抗分析仪对其共振及反共振频率进行了实验测试。研究结果表明,利用解析理论得出的换能器共振及反共振频率与数值模拟结果以及实验测试结果符合很好。

径向复合压电陶瓷超声换能器的径向振动特性研究

对径向复合压电陶瓷超声换能器的径向振动特性进行了分析。该换能器由一个厚度极化的压电陶瓷实心圆盘和一个金属圆环在半径方向复合而成。论文首先研究了压电陶瓷圆盘及金属圆环的径向振动,推出了其径向振动的机电等效电路。在此基础上,利用换能器的径向边界条件,得出了径向复合压电陶瓷换能器的机电等效电路及其共振频率方程。探讨了换能器的共振频率和有效机电耦合系数与其几何尺寸之间的依赖关系。设计并实际制作了一些径向复合超声换能器,对其径向共振及反共振频率进行了测试,并利用有限元法进行了数值模拟。研究表明,利用文中理论得出的换能器的共振频率与实测值及数值模拟结果基本符合。

基于压电陶瓷传感器的GFRP损伤检测试验

该文使用外贴法将压电陶瓷传感器固定在玻璃纤维复合材料(GFRP)上进行损伤检测试验,研究了GFRP试件表面裂缝的深度及数量对压电陶瓷传感器接收信号的影响。将主动感应法和基于小波包能量法相结合,做出时域信号图和基于小波包的能量图。分析数据发现,GFRP试件损伤程度越大,传感器接收信号的电压值越小,信号的能量越小。试验结果表明,压电陶瓷传感器有望通过主动感应法用于检测GFRP的损伤变化。

基于云计算的超声波流量传感器设计

目前提出的超声波流量传感器传感能力较差,响应时间过长。为了解决上述问题,基于云计算设计了一种新的超声波流量传感器,对传感器的结构和工作流程进行设计,并引入云计算增强传感器数据计算能力,有效提高超声波流量传感器测量精度。实验结果表明,设计的基于云计算的超声波流量传感器响应时间小于0.01s,测量误差低于3.5%,具有极强的响应能力。

夹心式径向复合压电超声换能器

对夹心式径向复合压电换能器径向振动特性进行了研究。该换能器由弹性内芯、预应力金属管及柱面压电陶瓷晶堆径向复合而成.利用机电类比法,得到了换能器的径向振动等效电路及频率方程。探讨了换能器第1、2阶径向共振频率及有效机电耦合系数与其几何尺寸的关系。研究表明,换能器第1阶径向共振频率随其内芯内径及预应力管壁厚度增大而降低;第2阶共振频率随内芯内径增大存在极小值,但随预应力管壁厚度增大单调下降。此外,采用第2阶径向共振模式能获得较高的有效机电耦合系数,并且压电陶瓷处于位移节线时,换能器有效机电耦合系数达极大值。对换能器共振频率的测试与有限元仿真表明。理论与实验及仿真结果符合较好。

简易超声水听传感器的设计与制作方法

简单介绍了超声水听传感器的原理，详细讨论了简易超声水听传感器的结构设计与制作方法。实验表明：在40kHz条件下，用CS-3水听器校对，简易超声水听传感器的灵敏度可达到水听器的95％。其结构简单实用，抗干扰能力强，成本仅为水听器的3％，工作频率范围为10-100kHz。作为超声波声压的水听传感器，在水下简易测量中将有广泛的应用前景。

低能耗超声波传感器驱动电路设计

以克里姆霍尔兹等效模型为基础,对超声换能器的双极性与单极性电压驱动电路进行了理论分析,并针对能量转化率更高的双极性电压驱动提出了一种电路设计方案.实验结果显示,理论分析数据与实验数据相吻合,双极性电压驱动较单极性电压驱动能量转化率提高1倍,将其应用于无线传感器网系统中,约可降低15%的能量消耗.

超声传感器及其应用

本文介绍了超声波的特性和用于超声波传感器的压电振子材料,以及当前引人注目的几种超声波传感器及其应用.

低声阻抗复合压电陶瓷的研究及应用

本文研究了我们所配制夹心结构复合压电材料低声阻抗的特性．实验表明，夹心复合压电陶瓷材料的声阻抗，与所用陶瓷材料的种类、气孔率、孔径、样品厚度以及工艺制备过程有关．实验证明，研制特定声阻抗的材料是可行的．最后，用研制的新材料成功地应用于混凝土、C／C复合材料等非金属材料的超声检测中．

软模板法制备高频超声换能器用1-3复合压电材料

医用高频超声成像技术广泛应用于皮肤、眼睛及血管壁等人体组织的精细结构成像。1-3复合压电材料因具有较高的机电耦合系数而成为高频超声换能器的核心材料。传统的机械切割-填充、等离子蚀刻等1-3复合材料制备方法成本高、效率低,难以实现工业化制备。本研究提出一种新的基于软模板的高频复合材料制备方法,在获得高机电耦合系数的同时,实现高性能1-3复合压电材料的低成本制备。研究采用微米孔径的软模板实现PZT粉的浆料填充,通过热压烧结获得均匀竖立的PZT陶瓷微柱阵列,进而制备出PZT/环氧1-3复合材料。对复合材料进行系统的机电性能测试,并利用不同方法对复合材料的微结构及其均匀性进行表征。结果表明,软模板法可使压电微柱具有完整的相结构和较高的成分均匀性,能够实现较高的胚体压缩率,提高陶瓷微柱的致密度,同时形成了微柱阵列且微柱直径可控制在70μm。软模板法有利于在提高复合材料超声频率(30~50 MHz)的同时获得64%的高机电耦合系数,为医用高频超声成像以及超声生物显微镜等应用提供了一种高效的1-3复合压电材料工业化制备方法。

倒车超声波传感器及应用

介绍了汽车倒车防撞超声波压电陶瓷传感器的工作原理及结构，提出了传感器的材料性能要求，列举了倒车超声波传感器的应用实例。

医用血管方向检测超声传感器

一种医用血管方向检测超声传感器，属生物医学信号检测器件。本实用新型由处于探头中心且作为发射用的表面镀银锆钛酸铅压电陶瓷片、与压电陶瓷片连接且作为接收用的2-4片表面镀银锆钛酸铅压电陶瓷片、由压电陶瓷片的角上引出并与引线端子连接的导线、使压电陶瓷片粘贴在探头外壳基片上的粘接胶、置于外壳和压电陶瓷片间的吸收块、与导线连接的发射与接收切换电路组成。具有结构简单、成本低、操作简便等优点。

复合型USM压电扭振子设计及其特性分析

介绍利用国产压电材料设计纵扭复合型超声波电机(USM)压电扭振子的理论和制造工艺,主要内容包括:压电材料的选取,压电扭振子的结构,根据等效电路推导出电机扭转振动模式的谐振频率方程,以及扭振子尺寸计算公式;根据实验总结了压电扭振子的制造工艺、黏接及其注意问题.并利用阻抗频谱分析仪测试了按上述理论设计的压电扭振子的频率特性.结果表明:设计理论、黏接剂的选择以及加工方法是合理可行的.据此研制的样机最大输出力矩已达10Nm以上.

弱界面压电覆层复合结构中的声导波

建立压电覆层复合结构中声导波传播模型,结合弱界面“弹簧”模型,推导了压电覆层复合结构存在刚性、滑移联接界面等几种不同界面条件下声导波的广义频散方程,数值计算钛锆酸铅基压电陶瓷覆层复合结构在不同界面条件下声导波的频散曲线,分析了界面特性对导波传播相速度的影响。数值计算和分析表明为了能够有效地评价界面的特性,选择合适的声波模式和声波频率是非常重要的。实验结果验证了界面假设的有效性,为进一步深入研究以多模式声导波参量为基础的压电覆层复合结构界面特性参数反演方法提供了理论基础。

地震模型宽带窄脉冲传感器

本文叙述了新型地震模型实验传感器的原理,介绍了两类新型压电材料(PVDF及3—3连结复合压电陶瓷),并由它们制备成两种新颖宽带、窄脉冲、无源及可逆式传感器。这些传感器首次成功地应用于150kHz至1MHz频段的地震模型实验。实验结果表明:它能区分水中6mm厚铝板,还能清晰分辨复杂多层地震模型体。 本文可供研制高分辨率的水声、医学及无损检测等传感器时参考。

压电纤维复合材料的研究进展

对压电纤维复合材料的组成与连通结构进行了简单阐述,总结了国内外近期压电纤维及其复合材料的研究进展,重点介绍了钛酸盐压电陶瓷、锆钛酸铅压电陶瓷和聚偏氟乙烯(PVDF)及其衍生共聚物压电纤维复合材料的研究与应用。介绍了用于传感器、驱动器和换能器等智能结构的压电陶瓷复合材料和聚合物压电复合材料在航空航天、监测、生物医学和其他领域的应用。最后,总结指出压电纤维复合材料在现研究阶段存在的问题,分析提出今后发展的趋势和研究重点,并对该领域的未来发展方向进行了展望。