功率超声压电换能器阻抗匹配电路参数化设计

针对功率超声压电换能器,因工作环境变化和负载差异而导致匹配失调,及因匹配参数计算复杂而导致设计效率低、易出错的问题,在分析传统LC匹配电路的基础上设计了一种增加可调元件进行匹配失调补偿的改进型LC匹配电路,提出了一种功率超声压电换能器阻抗匹配电路的参数化设计方法,开发了相应的参数化设计软件,通过实验验证表明,该设计方法和软件为功率超声压电换能器匹配电路的设计提供了一种方便、实用、快捷、可靠的手段。     

匹配电路对压电陶瓷超声换能器振动性能的影响

研究了匹配电路对压电超声换能器共振频率及其振动特性的影响；分析了由匹配电路和换能器组成的能量传输系统的有效机电耦合系数与匹配电路参数之间的关系。理论与实验表明，由电感和电容组成的匹配电路，使换能器的共振频率发生了变化。通过合理选择匹配电路参数，可提高系统的机电耦合系数，增大声功率输出。     

压电换能器匹配电路的设计

介绍了压电换能器的电匹配原理以及匹配参数的测定方法。重点介绍了压电陶瓷换能器与D类功率放大器之间的匹配电路的设计及匹配变压器的设计计算。     

压电换能器T型匹配电路的优化

超声振动系统中,匹配电路的设计是根据换能器自身参数来确定的,通常并未考虑换能器与振动系统中其他设备连接时所引起的问题。实际上,压电换能器与整个超声振动系统连接后将引起动态电阻R1的变化,最初确定的匹配电路的匹配效果不佳。因此,利用动态电阻R1与T型网络电参数间的影响关系及匹配电路的2个匹配条件,重新优化调整T型匹配电路中的3个电参量,并用Multisim软件对优化后的电路进行仿真。结果表明,静态匹配条件下,优化后的T型匹配电路起到了更好的调谐作用,超声振动系统的输出功率和振动效率较优化前的匹配状态有较大提升,实现了最佳匹配效果。     

超声减摩用压电换能器阻抗匹配的试验研究

对超声减摩特性已进行了一些研究，实验结果表明，当超声振动的振幅越大超声振动的减摩性越好。因此，要使减摩效果达到最好，应使压电振子在谐振点附近工作，使其振幅达到最大。该文讨论了压电换能器的各种匹配电路及其匹配关系并进行了相关实验；结果表明，选择合适的匹配方法，能有效提高压电换能器的性能．     

超声换能器电感电容匹配电路的改进

在研究压电超声换能器电感电容匹配电路原理的基础上，分析换能器工作时，由于温度等环境因素变化而引起的各项电性能参数的改变及对匹配电路电抗性质的影响规律。提出调整其中部分匹配电容为变容二极管的方法，减小匹配电路电抗性质受到的影响，由此得到一种在一定变化范围内适应能力较强，在固定频率要求下应用于功率超声的电端匹配电路，理论分析及实验证明该法可行。     

超声换能器空化驱动电路的设计研究

介绍了换能器超声空化的原理,设计了一种有效的超声换能器空化驱动电路,使换能器和功放电路的阻抗得到了很好的匹配.通过实验对3种不同频率的压电超声换能器的空化现象进行了研究.实验表明了该电路不仅能满足需要.而且具有电路简单,容易实现的优点.     

超声功率基准装置匹配电路的研究应用

针对超声基准装置量传范围较窄且现存超声功率基准装置电测系统中高频电压表不易溯源等问题,国家质检总局2005年下达对超声功率基准装置技术改造任务,课题组利用压电材料电能转变为机械能的压电效应原理,在旧装置石英材料换能器的基础上,采用新的单晶材料铌酸锂,制造出新的超声换能器,对超声基准装置的关键部件之一的超声换能器匹配电路...     

基于1-3压电复合材料宽带超声换能器研究

电声转换效率与换能器带宽是评价聚焦超声换能器性能的重要指标。传统压电陶瓷制备的聚焦超声换能器,其电声转换效率与换能器带宽偏低。该文采用实验结合仿真模拟的方式,通过研究1-3压电复合材料中压电相的体积比、环氧相改性、调控匹配层阻抗与匹配层厚度对换能器性能的影响,开发了一种基于1-3压电复合材料的聚焦超声换能器,实现了82.3%的电声转换效率与140 kHz的换能器带宽。结果表明,与同等规格的传统压电陶瓷聚焦超声换能器相比,该超声换能器的两项指标分别提升了105%与250%,这为大功率聚焦超声换能器的设计开发提供了参考与指导。     

一种小型超低相噪恒温晶振的设计

在电源与超声换能器间,匹配电路起纽带和桥梁作用。大功率超声系统能否正常工作,取决于匹配电路的设计。该文从大功率超声换能器的阻抗特性和实际工作条件出发,对换能器匹配技术进行了研究,提出了一种电容、电感串、并联结合的匹配电路,以及一种可对匹配电感值进行在线调节的新型电路结构。经过ADS仿真和实际工作验证,大功率超声换能器在这种匹配电路下可长时间稳定地工作,且调试上更方便快捷。     

不同匹配层阵列式换能器的有限元仿真

匹配层材料及结构对于提高阵列式换能器的带宽、灵敏度及轴向分辨率有重要作用。为了探究不同匹配层材料对阵列式换能器性能的影响,该文通过有限元法模拟了包括高分子材料、0-3复合材料及镁合金等多种匹配层材料的阵列式换能器,综合比较了各自的频域特性及时域特性。仿真结果表明,使用AZ31B镁合金作为第一匹配层、Epo-Tek 301环氧树脂作为第二匹配层的阵列式换能器模型具有最佳的综合性能,从而为高性能阵列式压电超声换能器的开发、研究提供了新的匹配层设计参考方案。     

Equivalent circuits for high-frequency sonar transducers

The equivalent circuits for high-frequency transducers with quarter-wave matching layers, such as are used in sonar and ultrasonic applications, are discussed in terms of simple lumped bandpass filter circuits. Expressions for the matching criteria are given for half-section and full-section filters.     

夹心式压电超声扭转振动换能器的设计

对夹心式压电超声扭转振动换能器进行了研究，得出了其共振频率方程，给出了切向极化压电陶瓷剪切波的等效声速。对于扭转振动换能器系统设计理论的建立提供了一定的理论基础。     

压电超声换能器的应用与发展

压电换能器是超声技术的主要部件，其种类多，用途及发展前景广。该文回顾了超声换能器的发展历程，概括总结了压电超声换能器的分类和应用，分析了压电超声换能器的发展趋势。大功率、低压驱动、高频、薄膜化、微型化、集成化是当前的发展方向。     

基于KLM等效电路的声学匹配层参数扫描法

在超声换能器的声学匹配层的实际实现中,往往无法得到特性阻抗值与经典理论公式计算结果正好吻合的材料。以超声换能器的KLM等效电路模型为基础,对声学匹配层的参数(特性阻抗和厚度)分别进行了扫描,通过绘制匹配效果图(匹配层特性阻抗-输出功率、匹配层厚度-输出功率)的方法寻找最佳的匹配参数。计算表明,当压电材料为PZT5,工作介质为水时,与经典公式提供的参数相比,利用此法所得带宽是前者的2~4倍。     

宽温域压电超声换能器研究进展

作为重要的无损检测器件,压电超声换能器已广泛应用于国民经济的各个领域。随着现代工业技术特别是航空航天、核电能源和智能制造等工业技术的发展,各类工矿环境对压电换能器的性能提出了更高的要求,迫切期望压电换能器能在宽温域范围内稳定地监测设备的运转状况,提前预警,避免重要设备的结构性损坏。宽温域响应的压电超声换能器是目前压电器件技术领域的前沿性研究内容,该文重点介绍了能够工作在宽温域范围内的压电超声换能器及其结构,阐述了压电超声换能器在无损探伤方面的独特优势。     

Capacitive micromachined ultrasonic transducer (CMUT) arrays for medical imaging

Capacitive micromachined ultrasonic transducers (CMUTs) bring the fabrication technology of standard integrated circuits into the field of ultrasound medical imaging. This unique property, combined with the inherent advantages of CMUTs in terms of increased bandwidth and suitability for new imaging modalities and high frequency applications, have indicated these devices as new generation arrays for acoustic imaging. The advances in microfabrication have made possible to fabricate, in few years, silicon-based electrostatic transducers competing in performance with the piezoelectric transducers. This paper summarizes the fabrication, design, modeling, and characterization of 1D CMUT linear arrays for medical imaging, established in our laboratories during the past 3 years. Although the viability of our CMUT technology for applications in diagnostic echographic imaging is demonstrated, the whole process from silicon die to final probe is not fully mature yet for successful practical applications.     

Shear Mode Ultrasonic Transducers from Flexible Piezoelectric PLLA Fibers for Structural Health Monitoring

Shear mode guided waves are highly demanded for underwater structural health monitoring (SHM) applications due to their simplified non-dispersive feature and minimal acoustic energy loss in the presence of liquid. Excitation and detection of pure shear wave are challenging using conventional piezoelectric materials used in the current ultrasonic transducers because they have complex piezoelectric responses mixed with multiple longitudinal, transverse, and shear modes. They also suffer from aging issue due to depoling. Here, conformable shear mode ultrasonic transducers are designed and made of flexible piezoelectric poly (L-lactic acid) (PLLA) fibers on both flat and tubular structures. The electromechanical responses over a macroscopic area of the transducers are evaluated in a wide frequency range up to 500 kHz. The PLLA fiber-based shear mode ultrasonic transducers exhibit a consistent sensitivity of detecting defects in liquid and air. In addition, the only shear mode in PLLA fibers originates from crystal structure without requiring electrical poling to render piezoelectricity, thus does not depole due to aging. The theoretical analyses including ab initio calculations and experimental results on both flat and tubular structures show the great potential of PLLA material and significant advantage of PLLA fiber-based shear mode ultrasonic transducers for underwater SHM applications.