宽带高效超声波传感器的研究

时间:2016-2-20 8:56:00 来源:中国超声波网 添加人:admin

  为了获得具有宽带高效特性的超声波传感器,国内外都在进行这方面的研究,并取得了一定进展。根据超声波波动理论,提出了一种新型的双层压电结构超声波传感尤2,这种结构型式的超声波传感器借助于移相电容器改变作用于各压电层激励电压的幅值和相位,对超声波传感器的频率特性进行控制,从而获得了具有宽频带高效率特性的超声波传感器。

  1基本结构宽带高效超声波传感器是一种双层压电结构超声波传感器。所谓双层压电结构超声波传感器,是将两枚压电晶片按一定极化方向用导电材料粘接,并在其中一枚压电晶片的电端串联或并联适当容量的移相兀件Zx而构成的一种超声波传感器。根据压电晶片的极化方向和移相元件接入电端的方式,双层压电结构超声波传感器的基本结构可以分为4种型式,如所示。下面的讨论均以相移元件为电容器C,且结构为(a)所示结构型式。

  将厚度相同的两枚压电晶片TR1和TR2按相同极化方向用导电材料粘接构成复合型振子。为分析方便起见,设辐射面为轻负载,作用于各压电振子的激励电压,分别为U71和且IU711=IU72L基本工作原理是,当Ul与2同相,即1复合型振子将以整体厚度(两枚压电晶片的总厚度)所决定的半波长共振频率(。5/),以及奇次谐波的基本振动模式振动,如/)所示。此时,双层压电结构超声波传感器的插入损失的频率特性如(b)所示。

  归一化频率C(b>插入损失频率特性与U72同相时基本振动模式与插入损失频率特性注:归一化频率=w/w.(下同)子将一枚压电晶片的厚度所决定的半波长共振频率(/0)为基本模式振动,如(a)所示。此时双层压电结构超声波传感器插入损失的频率特性如(b)所示。

  若两枚压电晶片的激励电压与2的相位连续变化时,那么就有可能使双层压电结构超声波传感器呈现所示的插入损失频率特性,即辐射面为轻负载时,呈三频特性,如实线所示特性曲线而对重负载,贝陧宽频特性,如虚线所示特性曲线。

  为了使作用于双层压电结构超声波传感器复合振子的激励电压和之间的相位及幅值连续变化,在复合振子其中一枚压电晶片的电端并入适当容量的移相电容器即可实现对双层压电结构超声波传fm U,与2相位连续变化时传感器插入损失的频率特性器频率特性的控制,获得宽带特性。

  3传感器制作中的问题双层压电结构超声波传感器的制作过程中,压电晶片和粘接材料的选择以及粘接层厚度的控制等是必须引起重视的问题。

  3.1压电晶片的选择选择性能参数接近的压电晶片并进行配对,对研制双层压电结构超声波传感器且获取宽频特性是必要的。在实际操作中,需要对压电晶片进行测试和挑选,使配对的两枚压电晶片的共振频率、阻抗频率特性以及机电耦合常数等尽可能接近。

  3.2粘接材料的选择粘接材料直接影响所制作的传感器是否具有宽频高效的性能,理想的粘接材料应具备以下条件:(1)具有良好的导电和透声性能,粒度小;(2)粘接可靠,不产生脱粘,无毒,无腐蚀,易于操作。

  首先选用了国产导电环氧树脂进行粘接试验,测试结果不理想,最后使用低熔点焊锡作为粘接材料,用这种粘接材料粘接压电晶片制成的双层压电结构超声波传感器,经测试其插入损失,这种结构型式的超声波传感器确实具有宽带高效的性能。

  3.3粘接层厚度的影响及控制传感器插入损失频率特性的理论计算与测试结舒乃秋,毛慧和,刘敏,等。多层压电结构超声波传感器的计算方法。武汉水利电力大学学报,199831(1)舒乃秋(1954―)男湖南黄冈市人武汉水利电力大学电力系教授,硕士1990年日本东北大学研修主要从事传感器技术方面的研究

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