本文關(guān)鍵詞：1-3壓電復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數(shù)的壓電復合材料的參數(shù),供換能器設計模擬使用。介紹了KLM模型及其改進和二端口網(wǎng)絡等效矩陣理論,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】：
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：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35-36
• 3.3.2 接收電壓響應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換能器中的應用[J];聲學技術(shù);2007年06期

2 黨長久,李明軒;1-3型壓電復合材料[J];應用聲學;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)化設計[A];泛在信息社會中的聲學——中國聲學學會2010年全國會員代表大會暨學術(shù)會議論文集[C];2010年

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本文編號：833517