高频压电复合材料球形换能器仿真设计

该文仿真设计了一种高频压电复合材料球形换能器,利用COMSOL软件建立了有限元模型,计算了换能器的声辐射特性,分析了不同压电陶瓷材料、不同基元尺寸对换能器声辐射特性的影响。仿真分析结果表明,球形高频换能器具有高频、宽带及可全向辐射声波等特性,能广泛应用于水声探测与成像发射换能器及其阵列。

高性能(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_(3)陶瓷无铅医用超声换能器及其成像

(K_(0.5)Na_(0.5))NbO_(3)(KNN)陶瓷作为一类重要的高性能无铅压电材料体系,有望推动医用超声成像换能器技术的无铅化。对KNN陶瓷进行有效掺杂改性研究,采用固相烧结法制备了具有优异压电性能的KNN基压电陶瓷,其压电常数达400 pC/N,机电耦合系数为55%。基于其高压电、低声阻抗的综合性能设计制备了高分辨力、大带宽及高频率的医用超声换能器,其纵向分辨率达47μm,-6 dB带宽达93%,中心频率为18.0 MHz。利用此换能器对人体组织模型进行B模式超声成像,获得管状组织的高分辨率结构图像。结果表明,KNN体系陶瓷是一种应用于医用高频超声成像中综合性能优异的材料。

1-3-2型弧形压电陶瓷复合材料与换能器研究

分析了1-3-2型弧形压电陶瓷复合材料的压电特性与声学特性,给出了相关参数的计算表达式.采用切割弧形压电陶瓷并填充有机物的方法,制作了1-3-2型弧形压电陶瓷复合材料,并进行了性能参数测试.利用研制的1-3-2型弧形压电陶瓷复合材料制作了水声换能器并在标准消声水池中对电性能指标进行了测试.结果表明:弧形1-3-2型压电复合材料及其换能器件,在工作频带内具有模态单一,不易发生变形,高频时可实现宽波束发射以及制作工艺简单等优点.

圆环状复合材料高频宽带水声换能器

研制了一种圆环状高频宽带水声换能器。利用压电复合材料Q值低从而频带宽的特点,采用双环轴向堆叠产生双模态耦合的结构方式拓宽换能器的带宽。通过理论分析与仿真计算,确定敏感元件几何尺寸。用切割-浇注-被覆电极等工艺制备出压电复合材料圆环;再将制备出的外径相同,壁厚不等的压电复合材料圆环轴向叠堆制成叠堆敏感元件,最后灌注防水透声层制成换能器。对制得的换能器进行水下性能测试,测得该换能器谐振频率为410 kHz,最大发射电压响应为150 dB,-3 dB带宽达60 kHz,水平指向性开角(-5 dB)为360°,-3 dB垂直指向性开角约20°。结果表明将复合材料圆环轴向堆叠可显著拓展换能器的带宽,且实现声波的水平全向发射。

反铁电相变陶瓷低频发射换能器

在具有高阶形式的广义压电方程基础上,讨论掺镧改性锆锡钛酸铅PbLa(Zr,Sn,Ti)O_3(PLZST)反铁电相变陶瓷的非线性机电耦合问题,得到类似传统线性压电方程的近似线性电致伸缩方程,给出了一种解决非线性反铁电相变陶瓷换能器电声转换问题的分析方法,即在直流偏置状态下对PLZST反铁电相变陶瓷的材料参数进行近似线性等效化处理进而分析换能器的电声转换问题。在此基础上,研制了水中谐振频率1.1 kHz新型反铁电相变陶瓷低频弯张换能器。湖上试验结果表明,与同结构同尺寸压电陶瓷弯张换能器相比,目前反铁电换能器样品的发射电压响应约高3 dB,声源级高出9 dB,并验证了本文所提出的分析非线性反铁电相变陶瓷换能器方法的正确性。

大功率声电转换材料的研究及其应用

本文简要叙述了大功率声电转换材料在声学及电子工程领域中的意义和作用，论述研制和开发新型、高性能大功率声电转换材料是大功率声电转换器件研制和开发工作的需要，还介绍了作者研制的系列大功率压电陶瓷Ｆ１－ＰＺＴ、Ｆ２－ＰＺＴ、ＦＤ３－ＰＺＴ及ＦＤ４－ＰＺＴ的有关情况。

压电陶瓷/CIIR复合材料的阻尼性能的研究

以氯化丁基橡胶(CIIR)及其互穿网络为基体,加入压电陶瓷PMN和导电炭黑CB制备PMN/CB/CIIR复合材料,系统研究其的阻尼性能的影响因素以及机理,以获得高介电常数和高阻尼性能的压电陶瓷/聚合物基复合材料,拓展其在介电材料和阻尼材料领域的应用。

压电瞬态响应在换能器声功率测量中的应用

探索一种简便的聚焦超声功率测量方法,利用压电陶瓷片直接接收超声信号,通过机电类比得到压电瞬态响应由压电片在声波作用力下引起受迫振动产生的电压响应与固有振动产生的高频衰减响应叠加而成,分析输出压电信号与换能器声功率之间的换算关系。对输出压电信号进行二次包络提取,获得表征声功率变化的电压幅度曲线,分别找出不同换能器驱动电压下包络曲线的最大峰值电压,将其平方值与声功率计所测声功率进行线性拟合,并对理论关系式中的比例系数进行标定。实验结果所得线性拟合度较高,且标定后所得声功率与声功率计所测值相对误差低于8.7%,证明了通过压电瞬态响应测量换能器声功率具有可行性。

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。

无铅压电超声换能器材料及其应用

无铅压电超声换能器材料及其应用已成为当前铁电压电材料及其应用研究的热点。本文根据近期国内外有关无铅压电陶瓷的发展,对近期五大体系无铅压电陶瓷在压电超声换能器上的应用进行了讨论,介绍了无铅压电超声换能器在医用上的简单应用,分析了无铅压电陶瓷相关性能参数对压电超声换能器的影响,以期对压电超声换能器的研究和应用提供参考。

基于压电复合材料的二维面阵超声换能器性能研究

采用锆钛酸铅陶瓷基环氧树脂1-3复合压电材料,制作了一种64(8×8)阵元二维面阵超声换能器,并对其进行性能研究。实验测试表明:二维面阵超声换能器一致性良好,回波带宽为40.8%,中心频率为5.0 MHz,与理论设计的3.5 MHz中心频率保持基本一致。对二维面阵超声换能器的声场进行仿真模拟和表征,验证了该超声换能器产生聚焦声场和涡旋声场的能力。

压电器件用KNN基无铅压电陶瓷的研究进展

(K,Na)NbO_(3)(KNN)基无铅压电陶瓷作为一种环境友好型材料,兼具较高的居里温度和可调控的相界结构,在压电器件领域展示出潜在的应用前景,引起了广泛关注和大量研究。对其物相组成、制备工艺、性能调控等方面的研究进展进行了评述,并重点介绍了其在压电器件领域的实际应用,最后对KNN及其在器件应用方面未来的研究和发展方向进行了总结展望。

基于高压电性PMNT陶瓷的无损检测高频超声换能器

Sm掺杂Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-0.30PbTiO_(3)(PMN-0.30PT)陶瓷具有与PMN-0.30PT单晶相当的超高压电响应(d_(33)约为1300 pC/N),但比压电单晶具有更高的一致性和更低的成本。该文针对高频超声无损检测的工业化应用,基于Sm掺杂PMN-0.30PT陶瓷设计并制作了中心频率大于30.5 MHz的高频超声换能器,利用超声脉冲回波法进行了换能器的性能表征,并测试了其声场。针对小型塑料零部件的微结构,利用所制备的高频超声换能器进行了超声成像。结果表明,基于Sm掺杂PMN-0.30PT陶瓷的高频超声换能器具有优异的成像性能,适合于高频超声无损检测成像的工业化制备。

压电与压磁声电转换材料的研究及应用

对应用于声电转换方面的两类材料──压电与压磁声电转换材料的制备作了研究，对它们的压电效应与压磁效应、电致伸缩与磁致伸缩及其应用作了归类比较。并且指出，在有些重要应用方面它们将长期共存及相互不可替代。

高温压电陶瓷及高温超声换能器的研究进展

超声换能器是一种能够实现电能与声能相互转换的能量转换器件,在超声检测方面占据重要地位,被广泛应用于工业、医学、军事等领域。压电材料是制备超声换能器的核心材料,目前常用的压电材料居里温度不高,耐高温性能较差,限制了压电超声换能器其在高温超声检测领域的发展。因此,发展高温压电材料及其在高温超声换能器的应用是近年来学者们研究的重点。本文对高温压电陶瓷和高温超声换能器的研究现状进行了综述与展望。

锆钛酸铅压电陶瓷在换能器领域的热点应用与材料研究前沿

综述了近年PZT系压电陶瓷换能器的应用热点以及PZT系压电陶瓷材料研究前沿,认为,规模化应用已经显著推动我国电声及超声换能元器件的制造水平,快速缩小了与国外同类产品间的差异;薄膜、大功率压电材料、压电复合材料以及其它方面的研究方兴未艾,材料与器件研究尚待突破。

铋基无铅压电敏感材料的性能调控研究进展

基于无铅压电陶瓷的高性能器件的应用日益广泛。铋基材料具有一定的综合性能,尤其在高温压电领域,是一种有潜力替代锆钛酸铅(PZT)基材料的候选体系。文章综述了与如何调控无铅压电材料性能这一关键问题相关的国内外研究进展,对调节相界、掺杂、调控制备工艺和畴工程等多方面进行了阐述,并尝试分析了无铅压电体系在实用化道路上存在的亟待解决的问题。

基于ANSYS的0-3型压电复合材料电荷分布

通过MATLAB软件对陶瓷颗粒均匀分布的0-3型压电陶瓷/聚合物复合材料进行了建模,通过有限元分析软件ANSYS,研究了压电复合材料受力时内部应力分布及电荷分布状态,同时研究了压电陶瓷颗粒体积分数及静态载荷变化时,压电陶瓷/聚合物复合材料中压电陶瓷产生的最大节点电压的变化情况。研究表明:压电陶瓷/聚合物复合材料在受力时,压电相受到的应力远远大于聚合物相,压电相棱角处受到的应力最大,产生的电荷最多。随着压电陶瓷体积分数变化,压电复合材料中压电陶瓷产生的最大节点电压也增加,当压电陶瓷体积分数达到30%时,产生的最大节点电压达到2.86×10-5 V。随着静态载荷的增加,压电复合材料产生的最大节点电压呈线性增加,阻尼效果越明显,与文献中的实验结果吻合。