摘要：为了提高煤尘污染治理效果,设计了一种基于朗之万结构形式的夹心式压电超声换能器。主要对各部件的材料以及结构进行了设计,并利用SolidWorks软件对模型进行装配。结果显示:所设计的朗之万结构形式的压电超声换能器理论上是合理的,可为煤矿雾化降尘提供借鉴。

摘要：压电超声换能器传统四端网络设计方法忽略了压电陶瓷晶堆内部的机电耦合过程,使用该方法所设计的压电超声换能器尺寸误差大,输出的超声振幅较小.为了提高压电超声换能器尺寸设计精度、增大换能器输出的超声振幅,本文将考虑压电陶瓷晶堆内部机电耦合作用的六端网络引入到压电超声换能器的设计中,分别采用四端网络法和六端网络法设计得到两个不同尺寸的压电超声换能器A和B,通过有限元方法对比分析了两个换能器的固有频率和输出振幅,并进一步通过实验验证了设计理论与仿真分析的有效性.研究结果表明,在相同激励电压下,采用六端网络法设计得到的压电超声换能器B输出的超声振幅是换能器A输出振幅的1.5倍,六端网络法设计压电超声换能器可以提高所设计换能器的振动性能.

摘要：针对钢轨损伤检测系统中压电超声换能器与激励源存在阻抗失配,以及压电超声换能器带载后谐振频率偏移等问题,本文对压电超声换能器宽频阻抗匹配进行研究。首先,对压电超声换能器BVD模型参数进行优化。其次,基于上述模型,设计4种匹配网络,对其性能进行比较分析,从而确定最佳网络拓扑结构和参数。最后,基于一发一收实验平台,测试对比匹配前后压电超声换能器的接收信号。测试结果表明,本文设计的阻抗匹配网络可以实现对压电超声换能器的高效匹配,匹配后发射换能器有功功率平均提升了197.38%,工作带宽从1.44 kHz提升至2.22 kHz。同未匹配和传统L型匹配网络相比,本文设计的宽频阻抗匹配网络使得发射强度分别提升了61.07%和18.05%,压电超声换能器在工作带宽内均可达到良好的发射状态。

摘要：锆钛酸铅(PZT)压电超声换能器材料由于其优异的压电性能而在微电子机械系统(MEMS)领域受到了广泛的关注。订制了边长4 cm的PZT压电陶瓷片,将压电陶瓷片与柔性印刷电路板(PCB)键合,将压电陶瓷片划成2.45 mm×2.45 mm的阵元,在沟槽内填充环氧树脂胶。将键合后的压电陶瓷片粘在曲面模具上,溅射金属形成上电极,制成14×14阵元的曲面阵,其曲率半径为10 cm。此曲面阵采用行列寻址(RCA)的方式可以在水中测到发射和接收信号,并且可以对体模进行脉冲回波成像,在超声成像领域有广阔的发展前景。制备的曲面阵可为研制直径20 cm的柱面阵提供参考。

摘要：厚度模压电超声换能器作为超声波发射、接收以及电信号间转换的载体,是超声成像与检测系统的核心器件,一般由压电层、匹配层和背衬层3部分组成。超声换能器的性能一定程度上决定着整体超声设备的性能,影响了其在工业、医学、军事等领域的应用。该换能器的关键性能指标(带宽、灵敏度)除了受到压电层的影响,还与匹配层、背衬层等无源声学材料的设计密切相关。该文综述了近年来厚度模压电超声换能器无源声学材料(匹配层、背衬层和声透镜)的研究进展,提出了当前该类材料面临的难题和解决途径,并对其未来发展方向进行了展望。

摘要：压电超声换能器在不同的工作频率下具有不同的输入阻抗,当驱动信号源输出阻抗与换能器输入阻抗失配时会产生能量损耗,导致无法满足换能器的功率要求,从而使其光谱衍射效率降低,影响光谱成像质量。为此对换能器阻抗频率特性的深入研究,设计了一种新型宽带阻抗匹配网络。通过ADS仿真及匹配电路的测试,最终在115-180 MHz超声波频率内可使换能器的光谱衍射效率最高达70%。

摘要：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,计算出当上电极半径为空腔半径的70%时,超声换能器有最大的发射声场效率。用网络分析仪对超声换能器的阻抗曲线进行测量,从中推导出其机电耦合系数为1.6%,展现出良好的工程应用前景。

摘要：目的:设计一种双激励十字型斜槽式纵扭复合振动压电超声换能器,以解决传统一维纵扭复合振动换能器振动方向单一的问题。方法:利用等效电路法得到了双激励十字型斜槽式纵扭复合振动压电超声换能器的机电等效电路及共振频率方程;利用有限元法对双激励十字型斜槽式纵扭复合振动压电换能器的相关性能参数进行计算。结果:等效电路法计算得到的换能器共振频率与数值仿真结果基本一致,相对误差介于2.44%-4.13%之间。有限元法计算了换能器的斜槽参数与共振频率、扭纵比之间的关系。结论:本文为双激励十字型斜槽式纵扭复合振动压电超声换能器的工程设计提供了基础理论参考。

摘要：为了改善换能器的QM值,降低换能器工作时损耗,设计了一种工作在并联谐振频率的压电超声换能器。根据换能器的频率要求,利用换能器的频率方程完成换能器结构尺寸的设计;使用有限元方法对换能器的结构和性能进行了仿真分析;通过实验分析了压电陶瓷晶片关键参数对换能器性能的影响,提出陶瓷晶片匹配原则,为生产高QM值压电换能器提供了参考。

摘要：在均匀截面细棒扭转及弯曲振动理论的基础上，研究了一种夹心式扭转－弯曲复合模式压电超声换能器．该换能器由均匀截面金属细棒及两组极化方向不同的压电陶瓷元件组成．文中导出了换能器的共振频率设计方程，并从理论及实验上实现了同一换能器中扭转及弯曲振动的同频共振．实验表明，换能器的扭转振动共振频率与弯曲振动共振频率基本一致，实测值与设计值基本符合．