發(fā)布時(shí)間：2021-12-11 16:20

　　空氣耦合超聲無損檢測技術(shù)是一種以空氣為傳輸媒質(zhì)的新型超聲無損檢測技術(shù),己經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空航天復(fù)合材料檢測、食品和藥品檢測等領(lǐng)域。高性能的空氣耦合超聲換能器是空氣耦合超聲無損檢測技術(shù)得以快速發(fā)展的關(guān)鍵,直接影響空氣耦合超聲無損檢測設(shè)備的整體性能。因此,研究高性能的空氣耦合超聲換能器及相對應(yīng)的檢測應(yīng)用方案具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文以研究高性能空氣耦合超聲換能器及其在表面缺陷檢測中的應(yīng)用為目標(biāo),開展了以下三個(gè)方面的研究工作:1、平板型空氣耦合超聲換能器的優(yōu)化設(shè)計(jì)與制作。根據(jù)空氣耦合超聲換能器的技術(shù)難點(diǎn),自制了 1-3型壓電復(fù)合材料及低聲阻抗匹配材料,并且通過實(shí)驗(yàn)完成雙匹配層結(jié)構(gòu)空氣耦合超聲換能器匹配層厚度的優(yōu)化設(shè)計(jì)。所研制的200 kHz和440 kHz平板型空氣耦合超聲換能器,靈敏度和帶寬分別為-23 dB、11.4%和-33.5 dB、23.4%。2、多基元聚焦空氣耦合超聲換能器的優(yōu)化設(shè)計(jì)與制作。為了獲得更好的檢測精度,文中設(shè)計(jì)了多基元聚焦空氣耦合超聲換能器。首先,研究了多基元聚焦空氣耦合超聲換能器的聲場分布特性,并通過數(shù)值仿真分析了不同參數(shù)對多基元聚焦空氣耦合超聲換能器聚焦特性的影響。其... 

【文章來源】：南京大學(xué)江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：135 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．１壓電超聲換能器示意圖??

主要可分為磁致伸縮換能器、靜電換能器、電磁聲換能器和壓電換能器［１（）］。其中，??壓電超聲換能器以其工藝成熟、成本低廉的優(yōu)勢成為目前應(yīng)用最為廣泛的超聲換??能器。如圖１．１所示是帶外殼及插座的壓電超聲換能器示意圖，其核心部件由壓??電元件、背襯及匹配層三部分組成ｍｉ。??夕卜殼??匹配ｆ?７??電元件??ｓ＇?ｉ?７??背辛（?ｚ??＼＼??■?？＿?＂Ｘ．?＿？Ｔ？＿?＿■?－？?＂Ｌ?■??ＸＸｘａＸ）．?????—?—??Ｗ－—一插座??圖１．１壓電超聲換能器示意圖??壓電超聲換能器是以壓電材料的逆壓電效應(yīng)和壓電效應(yīng)為基礎(chǔ)來實(shí)現(xiàn)機(jī)械??能和電能相互轉(zhuǎn)換的一類器件。這類超聲換能器的主要發(fā)展方向是高頻率、高靈??敏度及大帶寬。高頻率意味著短波長，這有利于獲得高的橫向分辨率；超聲換能??器接收到的反射信號電壓與發(fā)射信號電壓之比定義為靈敏度，高靈敏度意味著可??以接收到更小的超聲信號；將接收到的時(shí)域信號做傅氏展開，就可以得到頻域信??號，將接收信號頻譜的－６?ｄＢ寬度與超聲換能器工作頻率的比值定義為相對帶寬，??大的相對帶寬有利于獲得窄的時(shí)域?qū)挾�，進(jìn)而得到更高的縱向分辨率。??在傳統(tǒng)的接觸式超聲無損檢測系統(tǒng)中，在超聲換能器與待測物體之間需要使??用耦合劑（通常為水或者硅油等材料）以使超聲波能夠傳入待測物體。而對于某??些特殊的場合，耦合劑的使用會(huì)對待測物體造成污染或者損壞，如對藥品、食品、??復(fù)合材料、多孔材料的檢測等。因此

與此過程相對應(yīng)的則定義為逆壓電效應(yīng)，即當(dāng)在此類電介質(zhì)向上施加一電場時(shí)，電介質(zhì)會(huì)產(chǎn)生與之相對應(yīng)的應(yīng)變，并且該應(yīng)變的變化而變化。??有壓電效應(yīng)的材料稱為壓電材料。目前在醫(yī)療診斷和工業(yè)檢測中使電材料是鋯鈦酸鉛壓電陶瓷（ＰＺＴ），該材料具有極強(qiáng)的壓電效應(yīng)、系數(shù)，并且具有好的機(jī)械強(qiáng)度，易于加工，可以滿足不同尺寸和形然該壓電陶瓷材料具有上述眾多的優(yōu)點(diǎn)，但是其聲阻抗較高，通常在ｙｌ范圍內(nèi)，這使得由該壓電陶瓷材料振動(dòng)產(chǎn)生的超聲波很難傳入其它料（例如水或者空氣）中。??／ｙ／ｙＡ??ＳｉｆｆｉＥ；：?Ｆ＝ｉ３??—Ｐ?—ｊｐ?—ｊｐ?—ｐ?—ｊｔ??０－０?０－１?０－２?０－３?１－１??

【參考文獻(xiàn)】：
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