本文關(guān)鍵詞：1-3壓電復(fù)合材料寬帶超聲換能器研究

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【摘要】：超聲換能器是超聲無損檢測、醫(yī)學(xué)成像系統(tǒng)的關(guān)鍵部件。為獲得更好的橫向分辨率,需要提高換能器的帶寬。本文旨在討論獲得中心頻率在2.5MHz左右的寬帶縱波超聲換能器的方法。壓電超聲換能器的模擬設(shè)計方法主要包括等效電路類比和有限元模擬,這些方法的基本前提都是需要比較精確的材料參數(shù)。1-3型壓電復(fù)合材料有聲阻抗率低、機電耦合系數(shù)大、橫向耦合小等優(yōu)點,對于工作介質(zhì)為水等低聲阻抗率介質(zhì)的換能器是較為適合的。本文推導(dǎo)得到了壓電片的厚度振動等效電路,介紹了基于此等效電路和電阻抗擬合獲得用于模擬TE模換能器的壓電材料參數(shù)的方法。這些參數(shù)包括聲速c、相對鉗定介電常數(shù)s、機械品質(zhì)因數(shù)Qm和機電耦合系數(shù)kt。利用此方法,得到了一組不同體積分?jǐn)?shù)的壓電復(fù)合材料的參數(shù),供換能器設(shè)計模擬使用。介紹了KLM模型及其改進和二端口網(wǎng)絡(luò)等效矩陣?yán)碚?并以此獲得了對換能器的脈沖回波的模擬。建立了換能器性能的評價函數(shù),討論了換能器性能的優(yōu)化方法。重點討論了匹配層對換能器性能的影響。結(jié)果顯示,匹配層厚度比聲阻抗率對匹配效果具有更大的影響；匹配層材料的聲衰減對換能器性能有負(fù)面影響,因此匹配層層數(shù)并非越多越好。根據(jù)優(yōu)化結(jié)果,實際制作了以水和聚苯乙烯為工作介質(zhì)的2.5MHz換能器,-6dB相對帶寬分別達到了94.3%和100.8%。
【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB552
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 引言8-14
• 1.1 研究背景和意義8
• 1.2 壓電復(fù)合材料概述8-10
• 1.3 超聲換能器概述10-12
• 1.4 本文研究內(nèi)容12-14
• 2 1-3壓電復(fù)合材料14-30
• 2.1 材料制備14-15
• 2.2 振動模式15-17
• 2.2.1 厚度模式16
• 2.2.2 橫向模式16-17
• 2.3 材料參數(shù)的獲得17-30
• 2.3.1 傳統(tǒng)方法18-19
• 2.3.2 阻抗擬合法19-30
• 3 換能器模型30-38
• 3.1 KLM模型30-31
• 3.2 二端口網(wǎng)絡(luò)等效矩陣31-35
• 3.2.1 串聯(lián)阻抗的等效矩陣32-33
• 3.2.2 并聯(lián)阻抗的等效矩陣33
• 3.2.3 變壓器的等效矩陣33-34
• 3.2.4 低損耗傳輸線的等效矩陣34-35
• 3.3 換能器脈沖回波的獲得35-38
• 3.3.1 發(fā)射電壓響應(yīng)35-36
• 3.3.2 接收電壓響應(yīng)36-37
• 3.3.3 脈沖回波37-38
• 4 換能器性能優(yōu)化38-46
• 4.1 評價函數(shù)38
• 4.2 優(yōu)化方法38-41
• 4.2.1 參數(shù)掃描法38-39
• 4.2.2 單純形調(diào)優(yōu)法39-41
• 4.3 匹配層優(yōu)化結(jié)果41-46
• 4.3.1 單層匹配41-44
• 4.3.2 雙層匹配44-46
• 5 實驗結(jié)果46-50
• 5.1 脈沖回波46-49
• 5.2 誤差分析49-50
• 6 結(jié)論和后續(xù)工作50-51
• 參考文獻51-55
• 致謝55-56
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文56-57

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 莫喜平;;ANSYS軟件在模擬分析聲學(xué)換能器中的應(yīng)用[J];聲學(xué)技術(shù);2007年06期

2 黨長久,李明軒;1-3型壓電復(fù)合材料[J];應(yīng)用聲學(xué);1995年01期

3 范興明;馬世偉;張鑫;李震;;基于ANSYS的壓電陶瓷晶片PZT仿真分析[J];壓電與聲光;2014年03期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 馬克偉;吳浩東;;KLM下的換能器優(yōu)化設(shè)計[A];泛在信息社會中的聲學(xué)——中國聲學(xué)學(xué)會2010年全國會員代表大會暨學(xué)術(shù)會議論文集[C];2010年

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本文編號：833517