【摘要】：隨著電子技術(shù)與自動化技術(shù)的不斷發(fā)展,超聲檢測技術(shù)具有圖像化、自動化、數(shù)字化、智能化以及極強的滲透力等特點,這已經(jīng)成為現(xiàn)代檢測技術(shù)的一個重要研究領(lǐng)域,超聲換能器(也稱探頭)作為超聲檢測系統(tǒng)的重要組成部分,其探測性能直接影響到檢測的精度與檔次。由香農(nóng)公式可知,超聲傳輸?shù)淖畲笮畔⑷萘颗c超聲換能器的信道傳輸帶寬和信道信噪比相關(guān)。因此,超聲換能器若具有較寬的頻帶與良好的信噪比,則其能獲取最大的信息容量,但是現(xiàn)有的超聲換能器存在著發(fā)射激勵時間短、信號頻帶窄、反射回波信號小等不足,導致傳輸信息容量較小,探測性能并不高。因此,本文通過研究常見超聲換能器的聲場空間分布特性與在特定探測容器內(nèi)對物理聚焦的非線性聲場特性,提出一種基于物理聚焦的超聲換能器實現(xiàn)方法,可令探測器的發(fā)射端局部壓強變大,探頭能量集中,檢測精度得到提高。本文的主要工作有以下幾個方面:1、深入研究常見超聲換能器工作原理,并對單晶圓形聲源、單晶矩形聲源以及相控陣聲源的聲場空間分布與聲束指向性特征進行理論分析,然后對其聲壓空間分布以及聲束指向性進行模擬仿真,總結(jié)三者的聲壓空間分布特征、聲束聚焦以及聲束偏轉(zhuǎn)的性能。2、對探測器模型內(nèi)的非線性聲場空間分布特征進行理論研究,推導出以錐形和指數(shù)形為探測器模型的聲壓幅值特性,并在此基礎(chǔ)上提出一種基于物理聚焦的超聲換能器實現(xiàn)方法,可克服直探頭無法聚焦的缺陷,在保持探頭發(fā)射功率以及保證最小總輻射量的基礎(chǔ)上提高局部聲壓,可使檢測范圍縮減,超聲探頭能量匯聚,檢測精度得到提高。同時結(jié)合通信系統(tǒng)組成原理,對超聲檢測系統(tǒng)的組成與工作原理進行詳細研究。3、使用PZFLex軟件對物理聚焦的超聲換能器聲場進行有限元數(shù)值聲場模擬分析,并對換能器設置不同參數(shù),分析探測器不同錐度與不同位置時對波束聚焦的效果。4、深入研究三種估計物理聚焦探測系統(tǒng)信道響應的頻響特性算法,在此基礎(chǔ)上對物理聚焦超聲換能器在實際環(huán)境中進行頻響特性測試,證明其在實際應用中的可操作性。
[Abstract]:With the development of electronic technology and automation technology, ultrasonic testing technology has the characteristics of image, automation, digitization, intelligence and strong permeability, which has become an important research field of modern detection technology. Ultrasonic transducer (also called probe) as an important part of ultrasonic detection system, its detection performance directly affects the accuracy and grade of detection. According to Shannon's formula, the maximum information capacity of ultrasonic transmission is related to the channel transmission bandwidth and channel signal-to-noise ratio of ultrasonic transducer. Therefore, if the ultrasonic transducer has a wide frequency band and good signal-to-noise ratio, it can obtain the maximum information capacity. However, the existing ultrasonic transducer has some shortcomings, such as short excitation time, narrow signal frequency band, small echo signal, etc. As a result, the transmission information capacity is small and the detection performance is not high. Therefore, by studying the spatial distribution of acoustic field and the nonlinear acoustic field characteristics of physical focusing in a specific detection vessel, this paper presents a method of ultrasonic transducer realization based on physical focusing. It can increase the local pressure of the detector, concentrate the probe energy, and improve the detection accuracy. The main work of this paper is as follows: 1. The working principle of common ultrasonic transducer is deeply studied, and the spatial distribution of sound field and the directivity of sound beam of single crystal circular sound source, single crystal rectangular sound source and phased array sound source are analyzed theoretically. Then, the spatial distribution of sound pressure and the directivity of sound beam are simulated and simulated, and the characteristics of spatial distribution of sound pressure, the focusing of sound beam and the deflection of sound beam are summarized. The spatial distribution characteristics of nonlinear acoustic field in the detector model are theoretically studied, and the acoustic pressure amplitude characteristics of the detector model with conical and exponential shapes are deduced, and a realization method of ultrasonic transducer based on physical focusing is proposed. It can overcome the defect that the straight probe can not be focused. The local sound pressure can be increased on the basis of keeping the transmission power of the probe and ensuring the minimum total radiation. The detection range can be reduced, the energy of the ultrasonic probe can be converged, and the detection accuracy can be improved. At the same time, combined with the principle of communication system composition, the composition and working principle of ultrasonic detection system are studied in detail. 3. The finite element numerical sound field simulation analysis of the ultrasonic transducer with physical focus is carried out by using PZFLex software. At the same time, different parameters are set for the transducer to analyze the effect of beam focusing when the detector has different taper and position. 4. Three frequency response algorithms for estimating the channel response of the physical focusing detection system are studied in depth. On this basis, the frequency response characteristics of the physical focused ultrasonic transducer are tested in the actual environment, which proves its operability in practical application.
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB552

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 祝錫晶,武文革,彭彬彬;大功率超聲換能器的研制[J];電加工與模具;2001年01期

2 徐圓飛;徐春廣;肖定國;周世圓;;超聲換能器電阻抗特性研究[J];電子測量技術(shù);2008年11期

3 林書玉;;超聲技術(shù)的基石——超聲換能器的原理及設計[J];物理;2009年03期

4 黃靜;;材料對超聲換能器性能的影響及其選擇[J];科技風;2011年14期

5 D.Leonard,L-A Xu,張傳忠;檢測兩種成份流量的脈沖超聲換能器系統(tǒng)[J];壓電與聲光;1986年03期

6 丁怡;超聲換能器特性評價[J];聲學技術(shù);1988年03期

7 查濟璇;測定超聲換能器特性的脈沖方法[J];聲學技術(shù);1988年04期

8 張傳忠;醫(yī)學超聲換能器[J];壓電與聲光;1990年03期

9 俞宏沛;超聲換能器研究中的幾個問題[J];聲學技術(shù);1990年02期

10 林書玉,張福成,郭孝武;Ⅱ型大功率超聲換能器的研制[J];聲學與電子工程;1991年03期

相關(guān)會議論文 前10條

1 楊林枝;李全祿;姬艷紅;耿潔;王勝利;蔡春芳;;醫(yī)用超聲換能器及其性能指標分析[A];第三屆全國壓電和聲波理論及器件技術(shù)研討會論文集[C];2008年

2 陳國超;吳宏;陳偉;鄭偉成;;縱-彎振動大功率超聲換能器探究[A];中國聲學學會功率超聲分會2009年學術(shù)年會論文集[C];2009年

3 姜曉敏;王寅觀;;雙激勵源氣介式超聲換能器帶寬特性的實驗研究[A];2009年西安-上海聲學學術(shù)會議論文集[C];2009年

4 林書玉;;氣介超聲換能器的研究及其應用[A];陜西省第九屆無損檢測年會陜西省機械工程學會無損檢測分會論文集[C];2004年

5 劉文靜;周利生;夏鐵堅;俞宏沛;;稀土超聲換能器技術(shù)研究[A];中國聲學學會2005年青年學術(shù)會議[CYCA'05]論文集[C];2005年

6 林書玉;張光斌;;大功率氣介超聲換能器的性能研究[A];面向21世紀的科技進步與社會經(jīng)濟發(fā)展（上冊）[C];1999年

7 張耀耀;周丹;王飛飛;劉大安;王威;羅豪u&;;高性能弛豫鐵電單晶1-3復合材料制備及超聲換能器應用研究[A];第15屆全國晶體生長與材料學術(shù)會議論文集[C];2009年

8 徐圓飛;徐春廣;肖定國;周世圓;;超聲換能器電阻抗特性測量方法研究[A];2009中國儀器儀表與測控技術(shù)大會論文集[C];2009年

9 趙新玉;徐春廣;孔濤;肖定國;伍懿;;液浸超聲換能器聲場特性測量技術(shù)[A];2011年機械電子學學術(shù)會議論文集[C];2011年

10 李朝暉;張金鐸;姜天仕;;一種高效空氣超聲換能器的設計研究[A];中國聲學學會1999年青年學術(shù)會議[CYCA'99]論文集[C];1999年

相關(guān)重要報紙文章 前4條

1 cyf翻譯;驅(qū)動超聲換能器的功放(2)[N];電子報;2009年

2 cyf翻譯;驅(qū)動超聲換能器的功放(5)[N];電子報;2009年

3 cyf翻譯;驅(qū)動超聲換能器的功放(3)[N];電子報;2009年

4 cyf翻譯;驅(qū)動超聲換能器的功放(4)[N];電子報;2009年

相關(guān)博士學位論文 前8條

1 胡靜;徑向夾心式壓電超聲換能器的研究[D];陜西師范大學;2015年

2 林洲;聲人工結(jié)構(gòu)增強醫(yī)學超聲換能器聚焦性能的研究[D];南京大學;2016年

3 田華;新型超聲換能器與輻射器的研究[D];陜西師范大學;2013年

4 曾庚鑫;超磁致伸縮功率超聲換能器理論分析與實驗研究[D];華南理工大學;2013年

5 張小麗;縱彎及縱徑振動模式轉(zhuǎn)換功率超聲換能器的研究[D];陜西師范大學;2014年

6 劉世清;徑向及徑—扭復合振動模式夾心式壓電超聲換能器研究[D];陜西師范大學;2005年

7 姜斌;超聲波送料機理與關(guān)鍵技術(shù)研究[D];吉林大學;2009年

8 王福軍;芯片鍵合高速精密定位系統(tǒng)設計與控制[D];天津大學;2010年

相關(guān)碩士學位論文 前10條

1 張R，

本文編號：2398852