超聲導(dǎo)波技術(shù)因具有檢測(cè)頻率低、檢測(cè)距離長(zhǎng)、抗電磁干擾能力強(qiáng)、覆蓋范圍大等特點(diǎn),因此在斷軌實(shí)時(shí)檢測(cè)應(yīng)用中具有潛在優(yōu)勢(shì)。本文以超聲導(dǎo)波斷軌檢測(cè)應(yīng)用為研究背景,重點(diǎn)研究壓電超聲換能器的特性優(yōu)化,以期提高超聲導(dǎo)波在鋼軌中的傳播效率。由于超聲導(dǎo)波在鋼軌中傳播時(shí)受能量衰減、多模態(tài)、頻散和現(xiàn)場(chǎng)噪聲等影響,從而導(dǎo)致接收超聲導(dǎo)波信號(hào)的幅度低下且信噪比差。因此,本文主要從壓電超聲換能器阻抗匹配、驅(qū)動(dòng)電路優(yōu)化、激勵(lì)信號(hào)優(yōu)化等方面入手系統(tǒng)地研究壓電超聲換能器的特性優(yōu)化問(wèn)題,主要工作如下:1.為了深入地研究縱向振動(dòng)夾心式壓電超聲換能器（以下簡(jiǎn)稱為壓電超聲換能器）的機(jī)電特性,基于一維波動(dòng)和傳輸線理論,建立了縱向振動(dòng)夾心式壓電超聲換能器PSpice等效電路模型和一發(fā)一收裝置PSpice等效電路模型。分別從時(shí)域和頻域?qū)⒌膲弘姵晸Q能器PSpice模型和一發(fā)一收裝置PSpice模型進(jìn)行分析,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所建模型的準(zhǔn)確性。研究發(fā)現(xiàn),上述建立的壓電超聲換能器PSpice模型擴(kuò)展性強(qiáng),可與放大器、驅(qū)動(dòng)電路、二極管等相結(jié)合。2.為了解決壓電超聲換能器與驅(qū)動(dòng)電路以及鋼軌表面的阻抗匹配問(wèn)題,分別從電學(xué)端和聲學(xué)端研究了阻抗匹... 

【文章頁(yè)數(shù)】：151 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 鋼軌斷裂檢測(cè)方法研究現(xiàn)狀
        1.2.2 鋼軌超聲導(dǎo)波檢測(cè)研究現(xiàn)狀
        1.2.3 壓電超聲換能器特性優(yōu)化研究現(xiàn)狀
    1.3 論文研究?jī)?nèi)容與結(jié)構(gòu)
    1.4 本章小結(jié)
2.超聲導(dǎo)波斷軌檢測(cè)系統(tǒng)及相關(guān)理論基礎(chǔ)
    2.1 基于超聲導(dǎo)波的實(shí)時(shí)斷軌檢測(cè)系統(tǒng)
    2.2 超聲導(dǎo)波相關(guān)概念
        2.2.1 超聲導(dǎo)波
        2.2.2 相速度與群速
        2.2.3 多模態(tài)及頻散特性
    2.3 壓電超聲換能器常見(jiàn)振動(dòng)模式
        2.3.1 伸縮振動(dòng)
        2.3.2 厚度剪切振動(dòng)
        2.3.3 彎曲振動(dòng)
    2.4 壓電超聲換能器分析方法與理論
        2.4.1 模態(tài)分析及諧響應(yīng)分析理論
        2.4.2 等效電路法
        2.4.3 有限元分析法
    2.5 壓電超聲換能器阻抗匹配理論
        2.5.1 壓電超聲換能器電阻抗匹配
        2.5.2 壓電超聲換能器聲阻抗匹配
    2.6 本章小結(jié)
3 縱向振動(dòng)夾心式壓電超聲換能器PSpice模型研究
    3.1 夾心式壓電超聲換能器PSpice模型建立
        3.1.1 夾心式壓電超聲換能器結(jié)構(gòu)
        3.1.2 夾心式壓電超聲換能器PSpice模型參數(shù)計(jì)算
        3.1.3 夾心式壓電超聲換能器與一發(fā)一收裝置PSpice模型
    3.2 夾心式壓電超聲換能器PSpice模型驗(yàn)證
        3.2.1 夾心式壓電超聲換能器PSpice模型
        3.2.2 一發(fā)一收裝置PSpice模型
    3.3 厚度振動(dòng)夾心式壓電超聲換能器分析
    3.4 本章小結(jié)
4 阻抗匹配對(duì)壓電超聲換能器機(jī)電特性的影響研究
    4.1 電阻抗匹配對(duì)壓電超聲換能器機(jī)電特性的影響研究
        4.1.1 含電阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的壓電超聲換能器PSpice模型
        4.1.2 匹配網(wǎng)絡(luò)的選擇及參數(shù)計(jì)算
        4.1.3 阻抗分析
        4.1.4 時(shí)域瞬態(tài)分析
    4.2 聲阻抗匹配對(duì)壓電超聲換能器機(jī)電特性的影響研究
        4.2.1 聲耦合劑的選擇與制備
        4.2.2 時(shí)域瞬態(tài)分析
        4.2.3 頻域分析
    4.3 本章小結(jié)
5 壓電超聲換能器驅(qū)動(dòng)電路優(yōu)化研究
    5.1 壓電超聲換能器驅(qū)動(dòng)電路分析
        5.1.1 壓電超聲換能器振動(dòng)分析
        5.1.2 功率MOSFET吸收電路
        5.1.3 壓電超聲換能器電阻抗匹配
        5.1.4 壓電超聲換能器驅(qū)動(dòng)電路拓?fù)?br>    5.2 全橋高壓脈沖驅(qū)動(dòng)電路
        5.2.1 驅(qū)動(dòng)電路總體方案
        5.2.2 功率MOSFET驅(qū)動(dòng)方案
        5.2.3 電源電路及驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)
    5.3 同傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電路對(duì)比分析
        5.3.1 驅(qū)動(dòng)電路輸出電壓對(duì)比
        5.3.2 壓電超聲換能器接收電壓對(duì)比
    5.4 吸收和匹配電路對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的影響研究
        5.4.1 關(guān)斷過(guò)沖和振蕩的抑制
        5.4.2 阻抗匹配和吸收電路對(duì)輸出電壓的影響
        5.4.3 阻抗匹配和吸收電路對(duì)接收電壓的影響
    5.5 鋼軌斷裂檢測(cè)與分析
    5.6 本章小結(jié)
6 壓電超聲換能器激勵(lì)信號(hào)優(yōu)化研究
    6.1 壓電超聲換能器最佳激勵(lì)頻率追蹤研究
        6.1.1 跟蹤濾波器
        6.1.2 最佳激勵(lì)頻率追蹤實(shí)現(xiàn)
        6.1.3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與結(jié)果分析
        6.1.4 頻率追蹤方法比較
    6.2 編碼激勵(lì)研究
        6.2.1 巴克編碼與脈沖壓縮
        6.2.2 巴克編碼激勵(lì)分析
    6.3 自適應(yīng)峰值檢測(cè)研究
        6.3.1 峰值檢測(cè)算法
        6.3.2 峰值檢測(cè)算法驗(yàn)證
        6.3.3 峰值檢測(cè)算法性能比較
    6.4 本章小結(jié)
7 總結(jié)與展望
    7.1 總結(jié)
        7.1.1 主要完成工作
        7.1.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    7.2 展望
致謝
參考文獻(xiàn)
攻讀博士學(xué)位期間主要研究成果


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3722066