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对于提高压电超声换能器阵指向性的研究

作　者: 朱晓黎
导　师: 王乘
学　校: 华中科技大学
专　业: 空间信息科学与技术
关键词: 换能器压电超声换能器换能器阵指向性
分类号: TB552
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 259次
引　用: 1次
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内容摘要

超声换能器阵是声学参量阵的重要组成部分。它的作用是将高频电信号转化为超声波,然后超声波在空气中自解调成为声波。由于声学参量阵的目的是形成尖锐的声波,因此换能器阵必须具有高的指向性。本文的目的旨在研制特定规定要求下的具有高指向性的压电超声换能器阵,将主要介绍高指向性压电超声换能器阵的设计思想、研制过程和试验分析。在指定的换能器阵性能要求下,本文首先介绍了形成压电换能器阵指向性的物理因素,均匀换能器阵指向性的计算方法,然后分别研究并推导出圆环形和矩形换能器阵指向性函数的计算方法,通过Matlab仿真分析了设计时影响换能器阵指向性的因素,指出了两种阵的指向性图的差别,并确定了最终的方案。通过多方面信息的搜索,提出为了使实际的换能器阵达到好的指向性,必须对所用的换能器加以测量和选择。继而介绍了换能器的谐振特性、动态特性、集中参数等效电路和导纳、阻抗特性。研究了换能器的测量方法,并利用阻抗分析仪对换能器进行了测量,在测量的参数中研究对换能器输出性质影响最大的参数,针对这些参数对换能器加以选择。利用选择的换能器和设计的换能器阵制板。将制好的换能器电路板接入到声学参量阵构架中,对最后的指向性效果加以试验测试。文章的最后,总结了前面的研究工作,并对存在的问题提出了解决的方法和下一步的研究工作。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
1 绪论  9-14
  1.1 课题的来源及本文的研究目的和意义  9-10
  1.2 发展历史、国内外现状以及发展前景  10-12
  1.3 本文主要工作  12-13
    1.3.1 理论部分  12-13
    1.3.2 软件部分  13
    1.3.3 硬件部分  13
  1.4 论文组织  13-14
2 压电超声换能器阵基本理论和分析方法  14-28
  2.1 换能器阵概述  14
  2.2 换能器阵的指向性  14-15
  2.3 指向性函数  15-23
    2.3.1 指向性函数  15-17
    2.3.2 指向性图  17-18
    2.3.3 阵指向性函数表达式的推导  18-23
  2.4 典型换能器阵的指向性特征  23-28
    2.4.1 均匀线列阵的指向性函数和指向性图分析  23-26
    2.4.2 圆形活塞阵的指向性函数  26-28
3 高指向性压电超声换能器阵的设计  28-51
  3.1 圆形换能器复合阵的设计  28-41
    3.1.1 技术要求  28
    3.1.2 圆形换能器复合阵指向性函数的研究  28-30
    3.1.3 利用Matlab 设计圆环点阵并模拟仿真其指向性  30-41
  3.2 矩形换能器阵的设计  41-50
    3.2.1 技术要求  41-42
    3.2.2 矩形换能器复合阵指向性函数的研究  42-43
    3.2.3 利用Matlab 设计矩形阵并模拟仿真其指向性  43-50
  3.3 环形换能器阵和矩形换能器阵的比较  50-51
4 压电超声换能器的原理  51-59
  4.1 压电效应  51
  4.2 压电陶瓷振子的谐振特性  51-53
  4.3 压电陶瓷振子的动态特性及其集总参数等效电路  53-55
    4.3.1 压电陶瓷振子的等效电阻R_1=0 的情况  53-54
    4.3.2 压电陶瓷振子的等效电阻R_1≠0 的情况  54-55
  4.4 压电陶瓷振子的导纳和阻抗特性  55-58
  4.5 单个换能器对换能器阵指向性的影响  58-59
5 换能器测量及实际换能器阵指向性测试  59-68
  5.1 测量装置  59-61
    5.1.1 系统结构图  59-60
    5.1.2 测量参数  60-61
  5.2 换能器的测量过程  61-66
  5.3 制版后换能器阵的指向性测试和结果分析  66-68
6 结束语  68-70
  6.1 设计的主要指导思想  68
  6.2 本文完成的工作  68
  6.3 有待完善的工作  68-70
致谢  70-71
参考文献  71-72

对于提高压电超声换能器阵指向性的研究

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