本文關鍵詞：超聲波換能器聲阻抗梯度匹配層理論與方法的研究

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【摘要】：超聲換能器是一種被廣泛應用的能量轉換器件,可進行聲電信號相互轉化,其核心的工作原理是壓電效應。換能器的匹配層是介于壓電晶體和人體之間的過渡層,可以實現(xiàn)從壓電晶體到人體的阻抗過渡,從而大大提高換能器的聲透過率和靈敏度。傳統(tǒng)的匹配層往往是單層的,超聲波的透射效率不高。本文試圖通過離心的方法制備單層的匹配層,然后再將單層的匹配層集合成為梯度匹配層的方式來增大傳統(tǒng)匹配層的透射率。本文分別選用粒徑約為5μm的氧化鋁粉末和粒徑約為2μm的鎢粉作為填料,環(huán)氧樹脂E51作為基體、固化劑為胺類固化劑W93。我們測試了不同匹配層的密度、聲速、聲衰減和聲阻抗,并和用澆鑄法制得的匹配層進行了對比。從測試的結果可以看出,匹配層的密度和聲阻抗均隨填料的體積比增加而線性增加,而聲速和聲衰減的變化規(guī)律則不是線性的。以氧化鋁作為填料時,匹配層的阻抗可由3.3 MRayl變化到6.6MRayl。以鎢粉作為填料,阻抗可由6MRayl變化到18MRayl。通常的換能器單層匹配層的聲阻抗范圍是3-15MRayl,本文用離心法制備的單層匹配層基本可滿足這些超聲換能器的需求。采用離心法制得的樣品與澆鑄法相比阻抗范圍更廣,數(shù)據(jù)更加精確,操作可靠性更高,制備更加方便快捷�？梢哉f,離心法是比澆鑄法更好的制備單層匹配層的方法。理論計算表明,具有合適阻抗梯度的匹配層能夠比單層匹配層更好地提升換能器性能。本文從透射和反射公式出發(fā),推導了梯度匹配層的最佳透射條件,并將結果和用有限時域差分法得到的結果進行了對比,結果兩種方法都表明一種阻抗為指數(shù)衰減的匹配層具有優(yōu)異的性能,這為今后梯度匹配層的實驗工作奠定了基礎。
【關鍵詞】：超聲換能器 匹配層 聲阻抗 梯度
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB552
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-18
• 1.1 課題的研究背景9-10
• 1.1.1 超聲換能器概述9
• 1.1.2 壓電效應9-10
• 1.2 超聲換能器的聲學匹配10-16
• 1.3 國內外研究的現(xiàn)狀綜述16-17
• 1.4 本文研究的主要內容和意義17-18
• 第2章 離心法制備單層匹配層的研究18-33
• 2.1 引言18
• 2.2 澆鑄法制備單層匹配層的過程18-19
• 2.3 離心法制備單層匹配層的過程19-22
• 2.3.1 離心法制備匹配層的步驟19-20
• 2.3.2 離心法制得單層匹配層的密度20-22
• 2.4 匹配層聲速和聲衰減的測試方法22-25
• 2.4.1 脈沖回波法22-23
• 2.4.2 脈沖傳輸法23-24
• 2.4.3 超聲波頻譜法24-25
• 2.5 離心法制備Al2O3匹配層的測試結果25-29
• 2.6 離心法制備W匹配層的測試結果29-31
• 2.7 兩種制作方法的對比31-32
• 2.8 本章小結32-33
• 第3章 聲阻抗梯度匹配層的理論研究33-49
• 3.1 引言33
• 3.2 單層匹配層的最佳透射條件33-36
• 3.2.1 單層匹配層的透射規(guī)律33-35
• 3.2.2 單層匹配層的最佳透射條件35-36
• 3.3 多層匹配層的計算36-39
• 3.3.1 多層匹配層的最佳透射條件36-37
• 3.3.2 不同層數(shù)匹配層的最大透射率37-39
• 3.4 阻抗連續(xù)變化的匹配層的最佳透射條件39-41
• 3.5 有限時域差分法計算連續(xù)變化的匹配層41-44
• 3.5.1 有限時域差分法41-43
• 3.5.2 與有限時域差分法計算結果的對比43-44
• 3.7 部分聲阻抗梯度匹配層的研究44-48
• 3.7.1 部分聲阻抗梯度的透射率44-48
• 3.8 本章小結48-49
• 結論49-50
• 參考文獻50-54
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果54-56
• 致謝56

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 陳航,張允孟,李志舜;寬頻帶水下導引系統(tǒng)的水聲傳感器設計[J];探測與控制學報;2002年01期

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本文編號：982992