学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

应用于地震物理模拟技术中的空气耦合超声换能器的研究

作　者: 周盛
导　师: 胡俊辉
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 空气耦合 超声换能器 地震物理模拟技术
分类号: TB552
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 5次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


近些年来，空气耦合超声技术由于其无损性、高适应性和快速等特点已广泛应用于特定情况下的材料检测中。在地震物理模拟技术中，空气耦合超声技术不仅对地质模型的起伏表面有很好的适应性和更快的扫查速度，而且若采用聚焦式空气探头能更好的模拟实际情况。针对地震物理模拟技术的需求，本论文对这种空气耦合超声换能器进行了系统分析和研究。这里的空气耦合超声换能器要求在脉冲激励下兼有高灵敏度和宽带的特性。由于压电元件和空气的声阻抗之间存在巨大差异，因此需要着重对换能器的声学匹配进行研究。本论文中采用双层匹配层来增加换能器的带宽，并利用低声阻抗的圆片膜来缓解换能器和空气声阻抗之间的巨大差异以提高换能器的灵敏度。本论文中测得圆片膜的声阻抗低于0.3Mrayl且匹配频率在250kHz到1MHz之间。结果表明圆片膜非常适合作为空气耦合超声换能器的匹配层材料。进一步研究了脉冲激励情况下圆片膜与换能器之间的匹配问题以及采用圆片膜作为匹配层的换能器性能，其双程插入损耗为30dB，带宽约为10%。对比了1-3压电复合材料和PMNT压电单晶对空气耦合超声换能器性能的影响，综合考虑可知1-3型压电复合材料更适合作为空气耦合超声换能器的压电元件。在背衬的选择上空气背衬可以满足实际的需求。最后采用一层介质层来简化代替地质模型，研制的空气耦合超声换能器在透射和反射情况下均能发出足够强度且可被接收到的超声信号。因此研制的空气耦合超声换能器能基本满足地震物理模拟技术的需求。上述研究成果对于实现空气耦合超声在地震物理模拟技术中的应用有非常重要的理论意义和工程应用价值。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-12
第一章 绪论  12-21
  1.1 超声检测技术概述  12-15
    1.1.1 超声检测技术的发展和应用  12-13
    1.1.2 空气超声检测技术的特点和应用范围  13-14
    1.1.3 空气超声检测用于地震物理模型技术  14-15
  1.2 空气超声换能器的发展和研究现状  15-19
    1.2.1 压电复合空气换能器  15-17
    1.2.2 PVDF 压电薄膜空气换能器  17
    1.2.3 多层陶瓷弯曲振动空气超声换能器  17-18
    1.2.4 1/4 波长匹配层空气换能器  18-19
  1.3 选题的背景与意义  19
  1.4 本课题的研究内容  19-21
第二章 超声和空气超声换能器的理论和原理  21-37
  2.1 超声的基本理论  21-23
    2.1.1 超声波的基本物理量  21-22
    2.1.2 超声场的物理量及声阻抗  22-23
  2.2 空气对超声波的影响  23-28
    2.2.1 超声波在空气中的衰减  23-25
    2.2.2 气-固界面对超声波的影响  25-28
  2.3 压电超声换能器的理论和原理  28-37
    2.3.1 压电元件对超声换能器的影响  29-30
    2.3.2 背衬对超声换能器的影响  30-32
    2.3.3 空气耦合超声换能器的声学匹配  32-35
    2.3.4 空气耦合超声换能器的电学匹配  35-37
第三章 空气耦合超声换能器的设计  37-53
  3.1 应用于地质模拟中的空气耦合超声换能器的要求  37-39
  3.2 空气耦合超声换能器的材料选择  39-44
    3.2.1 压电材料的选择  39-41
    3.2.2 匹配层材料的选择  41-43
    3.2.3 背衬材料的选择  43-44
  3.3 圆片膜声学性能测量  44-50
    3.3.1 圆片膜测量原理及方法  44-46
    3.3.2 圆片膜的声学性能  46-50
  3.4 匹配层和背衬对超声换能器的影响  50-52
  3.5 结论  52-53
第四章 空气耦合超声换能器的性能分析  53-69
  4.1 引言  53
  4.2 圆片膜对换能器的影响  53-58
    4.2.1 圆片膜和超声换能器之间匹配  54-57
    4.2.2 圆片膜对超声换能器性能的影响  57-58
  4.3 压电元件和背衬对空气耦合换能器的影响  58-62
    4.3.1 1-3 压电复合材料对空气耦合换能器性能的影响  58-60
    4.3.2 压电单晶对空气耦合换能器性能的影响  60-62
    4.3.3 背衬对空气耦合超声换能器性能的影响  62
  4.4 激励信号对空气耦合超声换能器的影响  62-64
  4.5 空气耦合超声换能器用于地震物理模拟实验  64-68
  4.6 结论  68-69
第五章 总结与展望  69-70
  5.1 本论文工作总结  69
  5.2 下一步工作建议与展望  69-70
参考文献  70-73
致谢  73-74
在学期间的研究成果及发表的学术论文  74

相似论文

  1. 基于FPGA的电磁超声检测系统的研究,TH878.2
  2. 基于超声激励的倒装芯片缺陷检测技术研究,TN407
  3. 高频换能器匹配层的制备和特性研究,TB383.1
  4. 电磁超声检测技术的研究,TH878.2
  5. 磁性材料的超声波清洗机理及清洗工艺的研究,TB490
  6. 基于超声波的家用水流量计的设计与开发,TH814
  7. 基于PZT材料的声频定向微型换能器建模与测试,TB552
  8. 基于FPGA的高精度超声波液体流量计研究,TH814.92
  9. 金属板电磁超声导波机理研究与仿真分析,TH878.2
  10. 永磁激励下电磁超声探伤方法的研究,TH878.3
  11. 引线键合高频超声换能系统的研究,TB552
  12. 用于无损检测的电磁超声换能器磁铁的设计和优化,TB552
  13. 对于提高压电超声换能器阵指向性的研究,TB552
  14. 中部螺栓及预应力对压电换能器性能参数的影响,TN712.5
  15. 高精度实时超声测距技术研究,TH761.2
  16. 基于相控技术的光声快速成像一体化系统,TH789
  17. 基于传统针刺规律的超声波治疗仪研究,TH789
  18. 齿轮环激光焊缝深度超声检测的研究,TG441.7
  19. 大作用距离超声测距技术研究,TH761.2
  20. 超声相关流量计的设计,TH814
  21. 超声波近程探测理论及技术研究,TB559

中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 声学工程 > 超声工程 > 超声换能器
© 2012 www.xueweilunwen.com