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。     

新型高强度聚焦超声乳化柴油的研究

采用高强度聚焦超声新技术对柴油乳化进行了研究。实验选择Span80和Tween80两种乳化剂按不同比例进行复配,乳化剂用量（质量分数）为0.9%,含水率为9%。实验结果表明,球形超声聚焦设备不但可以为乳化提供较高能量,而且可以产生强烈的空化和搅拌。高速摄影显示,空化效应和界面不稳定性是这种球形高强度聚焦超声产生乳化的机制。实验结果显示,最佳HLB值为5.4,最佳输入电功率为950 W,乳化300 s就可以得到比较稳定的柴油乳液。乳液粒径可以达到0.5 μm,且分布均匀,稳定时间在6个月以上。通过对比,高强度聚焦超声的乳化效果和乳化效率明显优于变幅杆式超声发生器和磁力搅拌器,为柴油乳化提供了一个具有重要意义的乳化方式。     

高强度聚焦超声换能器的宽带阻抗匹配

高强度聚焦超声(HIFU)治疗系统为实现从功率源到超声换能器的最大电功率传输,需在功率源与超声换能器之间设计阻抗匹配网络.无源器件匹配可实现超声换能器电阻抗的精确匹配,但其宽带匹配的解析设计理论较复杂.本文利用简化实频法对HIFU换能器进行了宽带匹配网络设计,采用Levenberg-Marquardt法对传输功率增益进行了优化,优化后的功率传输增益在200kHz的通带内为0.9左右,且较为平滑;针对HIFU换能器进行的宽带阻抗匹配和声功率测试表明,采用传输功率增益优化设计出的宽带匹配网络能有效拓宽换能器的工作频带.