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...     

基于压电式微机械超声换能器阵列的无线能量传输设计

利用氮化铝薄膜压电微机械换能器(PMUT)的生物兼容和CMOS电路兼容特性,提出了一种基于上述换能器阵列的声学无线能量传输方法。为了得到最佳的输出性能,对PMUT的结构进行了优化设计,采用派瑞林封装保护PMUT的空腔和表面结构,分析了PMUT在不同介质中的电学和频率性能,采用高密度并联阵列降低器件阻抗、提高了总输出电流,对PMUT及其应用电路进行了设计与仿真。PMUT在压电薄膜层与钼底电极厚度比在2∶3至1∶2,顶电极与空腔半径比为0.7时获得最大输出性能,当空腔半径控制在35μm至43μm时,PMUT在水中的谐振频率约为2 MHz。本研究为设计高灵敏度、小型化、无毒无铅的无线能量传输系统提供了一种高集成度、高生物兼容的解决方案。     

基于横向场激励的高频压电超声换能器

介绍了一种基于横向场激励模式的高频压电超声换能器及其设计、分析和制作过程。采用扩展的Christoffel-Bech-mann方法对LiNbO3、LiTaO3和PMN-33PT三种不同压电材料的a模式横向场压电耦合系数进行了计算,发现这三种材料中LiNbO3具有最大的LFE a模式压电耦合系数,为28%。采用具有最大压电耦合系数的X切LiNbO3设计并制作了基于横向场激励的高频超声换能器,并采用传统的Pulse-Echo方法测试了该超声换能器的中心频率和带宽。实验测得该LFE高频超声换能器的中心频率为34MHz,-6dB带宽为14.4%。从理论和实验上证明了横向场激励模式可以应用于高频超声换能器。     

基于AlN的压电MEMS超声换能器阵列

针对目前超声换能器机电耦合系数较低的问题,本文设计了一种以氮化铝(AlN)为压电材料的微机电系统(MEMS)超声换能器阵列以提高机电耦合系数.在COMSOL Multiphysics中用模态分析确定了超声换能器工作在一阶模态下有最大的声场输出,并给出了其声场传播示意图.通过对超声换能器在工作状态时的应力分析,计算出当上...     

基于MC的生物膜多功能压电换能器研究

频率特性与生物膜的位置和大小的关系是设计多功能生物传感器的关键.设计了微悬臂梁MC(Micro Cantilever)、压电元件和生物膜组成的多功能传感器,用有限元方法分析了微悬臂梁的弯曲振动模型的固有频率与节点位置的关系,确定了如何选择固定两种生物膜的位置和大小的方法,实验和模拟结果表明正交节点位置的质量变化使频率具有正交响应.验证了利用有限元的频率振动模型分析设计多功能压电换能器的有效性.进而分析了设计可测量纳米质量的生物膜多功能MC的可能性.     

双晶悬臂梁式压电换能器建模与结构参数分析

针对如何提高悬臂梁压电发电效率的问题,通过对压电换能器进行力学分析并建立了一个电路等效模型,从而得到了悬臂梁谐振角振频率和输出功率的计算公式。通过代入数值进行计算仿真得出结构参数对输出功率的影响的曲线。通过分析得出:在设计悬臂梁的结构参数时尽量在结构强度允许的条件下选择更重的附加质量块,电极长度和梁的长度比值为0.8,压电陶瓷和金属层厚度比为0.25,能提高换能效率等结论。     

导波激励/接收压电换能器参数检测电路的设计与实现

提出了一种基于π网络零相位法的测量压电换能器谐振频率、反谐振频率和静电容的新方法,并据此设计研制了试验测量装置,对压电换能器的谐振频率、反谐振频率及自由电容等参数进行测量。经过试验测试,该装置可以实现压电换能器基本参数的测量。     

体硅加工的压电式微加速度计的设计

提出并设计了一种采用体硅微制造工艺制造的压电式微加速度计,其中体硅加工的硅质量块由悬臂梁支撑且悬臂梁部分区域沉积ZnO压电薄膜.通过对压电悬臂梁建立一维解析模型,研究了影响加速度计灵敏度的结构因素.在此基础上,利用有限元方法软件ANSYS设计了实际的微加速度计,并对六种不同的微加速度计结构进行了分析,得到了不同结构微加速度计的工作频率范围及灵敏度结果.     

气介超声换能器声匹配的应用

通过声传播透过率的分析,指出以往换能器的发射、接收效率不高的原因,提出一种在不改变原设计的基础上,可以提高换能器发射、接收效率的有效方法.文中还给出了应用的实际效果.     

用于血管内成像的 60 MHz 高频超声换能器设计及其成像实验

在血管内超声成像系统中,超声换能器是重要的部件之一,对成像性能起决定性作用。提高超声换能器的成像分辨率可以获得更多图像细节,有助于临床获取动脉粥样硬化斑块的细节信息。此外,超声换能器还需要具有足够的穿透深度,能够对斑块和血管进行完整评估。而成像分辨率和成像深度都与超声换能器的频率密切相关,且二者相互制约。该文综合考虑了冠脉成像对成像分辨率与成像深度的要求,优化设计并制备了一种 60 MHz 的微型高频换能器。仿体实验表明,基于该换能器的超声成像分辨率可显著提高,且成像深度满足冠脉成像的需求。大动物活体实验结果表明,与商业 40 MHz 换能器相比,该文所设计的换能器能更清楚地看到血管中膜内层边界和支架结构,可以为临床提供更精细的指导优化。     

Cymbal型压电换能器电压-位移特性建模与分析

通过对Cymbal换能器压电陶瓷片受力分析,给出了其压电方程的边界受力约束条件,建立了Gymbal型压电换能器电压-位移函数关系模型.模型计算结果与试验结果吻合.并利用该模型,给出了Cymbal换能器几个关键参数对等效压电常数de33的影响规律.这些结论对Cymbal换能器的敏感参数误差控制、大批量生产工艺优化、性能指...     

GMM 、PZT和超声变幅杆复合结构磁电换能器研究

将超磁致伸缩材料(GMM)、压电材料(PZT-5H)与超声变幅杆复合,构造了一种新型的磁电换能器.超声变幅杆具有聚能和放大应变的功能,可以数十到数百倍增强换能过程中对压电材料的激励,提高机电换能输出和增强磁电耦合效应.实验表明,在800 Oe偏置磁场和峰峰值为1 Oe交变磁场激励下,谐振点处的磁电耦合电压峰峰值达到498 mV,在负载电阻为2.55 kΩ时,输出功率达到4.08 μW.     

点焊质量无损检测专用超声传感器的研制

结合常规超声传感器的研制技术,根据检测对象的特殊性,利用聚偏二氟乙烯(PVDF)压电薄膜研制了一种高频、高阻尼、窄脉冲点焊质量无损检测专用超声传感器;通过在压电薄膜、背衬等方面的改进措施以及改进前后的传感器性能的对比,说明了有关因素对传感器性能的影响。对超声传感器进行的性能测试结果表明:传感器性能达到了设计要求,可以用于点焊质量的无损检测。     

Complex Mode Dynamic Analysis of Flexible Mechanism Systems with Piezoelectric Sensors and Actuators

A method has been developed for analyzing the elastodynamic response ofhigh-speed flexible linkage mechanisms with piezoelectric sensors andactuators. The finite element analysis model is obtained by using amixed variational approach with Hamilton's principle. An efficientsolution method is developed on the basis of complex mode theory. Afour-bar linkage mechanism with all flexible links is employed as anexample to demonstrate the capability of the proposed method. Theinvestigation provides a theoretical basis for complex mode activevibration control of high-speed flexible mechanism systems.     

图像分析中的矩技术

矩技术可广泛应用于图像检索和识别、图像分割、模板匹配、数据压缩、数字水印及运动图像序列分析等领域,近年来其研究取得了较大的进展。为了使人们对这一技术有个概略了解,首先对图像分析中的矩技术进行了较为全面的介绍和评述;然后着重探讨了离散正交矩技术在图像特征表示、图像重建、计算性能等方面的研究现状;最后提出了图像分析中的矩技术目前存在的问题和进一步的研究方向。     

机器视觉工业检测系统的应用与发展

介绍了机器视觉工业检测系统的发展概况,阐述了机器视觉的研究已经从实验室走向实际应用的发展阶段,业已成为当代计算机技术研究的热点,获得了广泛的工业应用。重点讨论了机器视觉系统在实际工业生产中的应用及工业视觉检测原理、常用图像处理算法等。举例说明了如何利用模板匹配法对目标图像进行识别,从而实现对产品包装的检测。最后,指出在社会高度信息化发展过程中,在人类获取信息中占很大比例的视觉信息处理技术及机器视觉测量系统,将受到人们越来越多的关注。     

Identification and Measurement of Convolutions in Cotton Fiber Using Image Analysis

An image analysis procedure was developed to quantify morphological characteristics of convolutions in individual cotton fibers without pre-tensioning or orientation requirements. The image of each fiber was captured by a PC-based color imaging system using a conventional microscope. Ends of individual cotton fibers were glued on a microscope slide without any tension or straightening. A modified watershed technique was implemented to identify individual convolution segments, which were defined as sections of the fiber bordered by two neighboring convolutions. Length, area and perimeter of each convolution segment were measured directly from the image. Average width, shape factor and number of convolution segments in mm were calculated from the measured parameters. Performance of the image analysis algorithm was compared with visual inspection for number and position of convolution segments in three different varieties of cotton. Image analysis results agreed with visual inspection in 89.6% of the tested images.     

CFA插值中预测误差方差在图像取证中的应用

针对数字图像取证中自然图像(PIM)和计算机生成图像(PRCG)识别方案的特征维数高、通用性差等问题,提出一种基于滤色器阵列(CFA)插值中预测误差方差分析的图像取证方案.首先,对CFA插值过程中的预测误差方差进行傅里叶谱分析,根据是否存在明显的周期性峰值现象来区分PIM和PRCG;然后,对傅里叶谱中周期性峰值模型进行分析,根据峰值特征来识别PIM的来源设备;最后,在哥伦比亚大学自然图像和计算机生成图像数据库ADVENT上进行实验,结果表明,该方案能够精确区分PIM和PRCG,对PIM来源设备(佳能、尼康和索尼)的识别率可高达93%.     

体数据内部结构绘制技术及其在3维医学图像分析中的应用

首先基于集合论方法对体数据内部结构进行分析(内部结构是指被外部物体遮挡或隐藏而不能从外部直接看到的物体或结构),从而给出了内部结构绘制技术的功能要求。基于此功能要求,提出了基于内部结构区域的体绘制技术来分析体数据内部结构的方法。基于内部结构区域的体绘制技术之所以能够分析体数据内部结构是因为该方法把体数据分为两个子集:内部结构区域(或称局部区域)和周围区域。内部结构区域提供了深入体数据内部的机制,通过对内部结构区域的交互,用户可以分析体数据内部的任意区域,从而达到对体数据内部结构和整个体数据的综合理解。该方法还可对内部结构进行量化分析从而提高用户分析体数据的质量。最后,该方法用于分析3维医学图像以显示其在实际应用中的强大功能。实验结果表明,该方法对3维医学图像中的内部结构可以有效地进行定性和定量分析。     

正则化方法及非刚体匹配在医学动态图象分析中的应用

为了给医生利用医学图象进行诊断和分析心血管疾病提供一个有效的工具和途径，利用计算机视觉中的正则化方法，结合心脏和心血管动态特征的临床知识，对两种医学动态图象(超声心动图和心血管造影图)进行了定量的运动分析，并完成了一套应用软件．实验结果证明，该方法明显优于以往的图象分析方法。