换能器匹配层参数优化方法的研究

合集下载

径向振动匹配层换能器的设计参数及模态优化

ZHANG 等
效去除材料的目的
。换能器内部结构形式、元件尺
[
4]
寸及材料性能参数等都是影响振动辅助研磨加工效率
[
6]
推导了纵向振动换能器的机电耦合模
型,获得了换能器的共振频率及各阶振型,其将能量法
和等效电路法相结合,得出了压电陶瓷尺寸对机电耦
* 基金项目:国家自然科学基金联合基金(
声阻抗 Z2 可表示为:
Z2 = Z1Z3
(
4)
根据空气介质匹配层换能器的结构及声波传输机
理可得,介质 1 为 PZT–4 压电陶瓷,其声阻抗约为
6
2
-1
30.
00×10 kg/(m ·s ),介质 3 为空气,其声阻抗
6
2
-1
约为 440.
00 ×10 kg/(
m ·s ),根据传统理论的计
到迅速发展,并逐渐成为提高换能器工作性能的主流
灵敏度,并拓宽了换能器的工作频域。随着对匹配层
技术 [15–16]。匹配层外壳有效提高了压电换能器电声
模型的不断研究,学者们提出了诸多理论以确定匹配
han
i
c
a
landEl
e
c
t
r
i
c
a
lEng
i
n
e
e
r
i
ng Nan
i
ngUn
i
v
e
r
s
i
t
r

压电超声换能器匹配层的数值分析研究

压电超声换能器匹配层的数值分析研究作者：匡泓锦郭永强杜斌来源：《科技视界》2017年第25期【摘要】压电超声换能器是一种能量转换器件，可将电声信号互相转换，匹配层作为超声导波换能器的重要组成部分，能实现声阻抗匹配或过渡，使压电晶片与被测物体之间的声强透射率大幅度提高，匹配层的声阻抗应该在压电晶片与被测物体的声阻抗之间。

本文利用数值分析的方法，分析了两种不同材料的匹配层在不同频率下对声强透射率的影响，为换能器的匹配层设计提供了一定的理论基础。

【关键词】超声导波；压电晶片；换能器；匹配层0 引言研究表明，仅有好的发声材料还不能保证一定能制备出高性能的超声导波换能器，因为压电材料和被测物体之间的声阻抗失配将使得声能无法有效传递[1]。

以水听器为例，当没有匹配层耦合时，压电式传感器中压电陶瓷片的声阻抗约为33.7×106Pa·s/m，水的声阻抗为1.51×106Pa·s/m，其声强透射率仅为0.16。

通过合理的匹配层，可以使压电晶体和被测物体之间的声强透射率得到大幅度的提高，实现声阻抗匹配或过渡，使得灵敏度提高，失真减小。

一般在超声成像，超声检测及超声探伤等一些小信号场合应用超声换能器的声学匹配，在超声匹配过程中，起到声阻抗匹配或过渡作用的材料主要是匹配层材料。

合适的匹配层可以使超声换能器的灵敏度和能量传输效率提高，选择合适的匹配层材料对换能器而言至关重要[2]。

因此，本文分析不同材料作为匹配层对声强透射率的影响，为压电式换能器的设计提供一定的参考。

1 匹配层的设计原理1.1 匹配层设计的声学基础超声波从一种介质传播到另一种介质时，在两种介质的分界面上，一部分能量反射回原介质内，称为反射波；另一部分能量透过界面在另一种介质内传播，称为透射波。

在界面上声能的分配和传播方向的变化都遵循一定的规律。

当超声波垂直入射到光滑平界面时，将在第一介质中产生一个与入射波方向相反的反射波，在第二介质中产生一个与入射波方向相同的透射波，如式1所示。

压电超声换能器匹配层的数值分析研究

率遥
对于超声导波管道检测而言袁检测频率通常在
20kHz - 200kHz 之间遥本文中检测管道为碳钢管道袁传
感器中压电晶片为 PZT - 5 压电陶瓷片遥此情况下袁如
图 3 为 304 不锈钢作为匹配层时袁不同频率 f 所对应
T=
( Z1 + Z3 ) 2cos2
2仔d2 姿2
4Z1Z3 + ( Z2 +
Z1Z3 Z2
) 2sin2
2仔d2 姿2
渊2冤
式渊 2 冤中袁 Z1 尧 Z2 和 Z3 分别是压电材料尧匹配层和负载的声阻抗袁 d2 为匹配层厚度袁姿2 为声波在匹配层中的波长遥 1.2 匹配层的设计要求
2 匹配层不同材料的数值分析
为了表示声强透射率随不同频率袁不同厚度匹配
层变化的规律袁本文式; Z3 ) 2cos2
2仔d2f2 C2
4Z1Z3 + ( Z2 +
Z1Z3 Z2
) 2sin2
2仔d2f2 C2
渊3冤
式中袁 C2 表示匹配层中声波的波速袁 f2 表示检测频
揖摘要铱压电超声换能器是一种能量转换器件袁可将电声信号互相转换袁匹配层作为超声导波换能器的重要组成部分袁能实现声阻抗匹配或过渡袁使压电晶片与被测物体之间的声强透射率大幅度提高袁匹配层的声阻抗应该在压电晶片与被测物体的声阻抗之间遥本文利用数值分析的方法袁分析了两种不同材料的匹配层在不同频率下对声强透射率的影响袁为换能器的匹配层设计提供了一定的理论基础遥

换能器阻抗匹配计算

换能器阻抗匹配计算1.引言1.1 概述换能器是一种将一种形式的能量转换为另一种形式的装置。

它在各种领域中被广泛应用，例如声学、电子、光学等。

换能器的基本原理是根据特定的物理原理，通过电信号或其他形式的输入驱动，将一种能量形式转化为另一种能量形式。

阻抗匹配是换能器设计中非常重要的一个方面。

换能器的阻抗匹配决定了其性能和效率。

阻抗匹配是指将发射端（或输入端）的阻抗与接收端（或输出端）的阻抗相匹配，使得信号能够最大程度地传输，减少信号的反射和损耗。

换能器的阻抗匹配需要考虑多种因素，如换能器的特性、工作频率、信号传输距离等。

一般来说，当信号源的阻抗与负载的阻抗不匹配时，会导致信号的反射和信号的损耗。

因此，为了获得最佳的信号传输效果，需要对换能器的阻抗进行合理的匹配。

本文将重点探讨换能器阻抗匹配的计算方法。

通过分析阻抗匹配的原理和依据，探讨如何计算换能器的阻抗匹配。

通过合理的阻抗匹配计算，可以获得更好的信号传输效果，提高换能器的性能。

接下来的章节将依次介绍换能器的基本原理、阻抗匹配的重要性以及本文的结论。

通过深入理解和掌握阻抗匹配的计算方法，读者可以更好地应用于实际工程设计中。

1.2 文章结构文章结构部分:本文分为引言、正文和结论三个部分。

在引言部分，首先概述了本文要讨论的主题——换能器阻抗匹配计算，并介绍了文章的结构和目的。

接下来是正文部分，主要包括两个内容：换能器的基本原理和阻抗匹配的重要性。

在换能器的基本原理中，将详细解释换能器的定义、分类和工作原理，以帮助读者对换能器有更深入的理解。

而阻抗匹配的重要性部分，则会讨论为什么在使用换能器时需要进行阻抗匹配，以及不同阻抗匹配方法的优缺点。

这两个内容将帮助读者全面了解换能器及其阻抗匹配方面的知识。

最后是结论部分，总结了本文的主要观点和结论。

结论一将指出换能器阻抗匹配的重要性和实际应用。

结论二则提出了进一步研究和改进的方向，以期为换能器阻抗匹配计算提供更精确和高效的方法。

大功率超声换能器匹配技术研究

中图分类号：ＴＭ９３５文献标识码：Ａ
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＭａｔｃｈｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＨｉｇｈＰｏｗｅｒＵｌｔｒａｓｏｕｎｄＴｒａｎｓｄｕｃｅｒ
ｔｈｅｍａｔｃｈｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔｓ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｉｓｃｕｓｓｅｓｆｒｏｍｔｈｅｉｍｐｅｄａｎｃｅｏｆｔｈｅｈｉｇｈｐｏｗｅｒｕｌｔｒａｓｏｕｎｄｔｒａｎｓｄｕｃｅｒａｎｄｔｈｅａｃ — ｔｕａｌｗｏｒｋｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｓｔｕｄｉｅｓｔｈｅｍａｔｃｈｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ，ａｎｄａｄｖａｎｃｅｓａｓｅｒｉｅｓ — ｐａｒａｌｌｅｌｃｏｎｎｅｃｔｉｖｅ
ｍａｔｃｈｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔｗｉｔｈｃａｐａｃｉｔａｎｃｅａｎｄｉｎｄｕｃｔａｎｃｅ．Ｗｅａｌｓｏａｄｖａｎｃｅａｎｅｗｃｉｒｃｕｉｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｈｉｃｈｃａｎａｄｊｕｓｔｔｈｅｖａｌｕｅ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｍａｔｃｈｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔｓｐｌａｙｔｈｅｒｏｌｅｓｏｆｌｉｇａｍｅｎｔｏｒｂｒｉｄｇｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙａｎｄｔｈｅｕｌｔｒａ — ｓｏｕｎｄｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ．Ｗｈｅｔｈｅｒｔｈｅｈｉｇｈｐｏｗｅｒｕｌｔｒａｓｏｕｎｄｓｙｓｔｅｍｃａｎｗｏｒｋｎｏｒｍａｌｌｙｈｉｇｈｌｙｄｅｐｅｎｄｓｏｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｉｎｇｏｆ

换能器的优化设计与实验

114846 64710 14652 46492 20114 42720 20245 20122 43558 26760 64234
1.85 46413
120480 45139
153729 44706 165093
7
60
30
2
21458
60240
20959

20708 79066
二、大尺寸弹性超声振动体的振动特性
f n' fn ' ' 2 3 B sin 2 k l C cos 2 k D 1+ R 1 1 ' l sin 2k l 2k '
1 2
图2-6 轴对称单元体示意图
(2-3)
二、大尺寸弹性超声振动体的振动特性
大尺寸指数超声变幅杆的精确设计
为验证本文理论的精确度，作者设计了一组较大尺寸的指数变幅杆。
（2-1）
图2-1 圆柱体弹性振动示意图
R 2 j i 4 la
2
2
2 2 R j i 2 2 2 1 2 2 3 3 2 1 0 4l a
（2-2）
二、大尺寸弹性超声振动体的振动特性
0.15 19829 0.15 12128 0.15 18229 0.15 17921
二、大尺寸弹性超声振动体的振动特性
有限尺寸压电体耦合振动特性
根据有限尺寸压电圆片振子的耦合振动理论，通过文献查阅和相关公式的推导，可以得到：
超声波换能器优化设计与实验
学生：孙骏指导教师：童凯
工业自动化仪表2班
2013年6月
目录
1 2 3 4 绪论大尺寸弹性超声振动体的振动特性大尺寸夹心压电超声换能器振动特性

宽带水声发射系统换能器分段匹配方法研究

Ｐｉｅｃｅｗｉｓｅ
ＭａｔｃｈｉｎｇＭｅｔｈｏｄ
ＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＡｃｏｕｓｔｉｃＴｒａｎｓｍｉｔｔｅｒＳｙｓｔｅｍ
ＣＨＥＮＹｏｕ．ｇａｎ‘，ＸＵＸｉａｏ．ｍｅｉｌ，ＬＥＩＫａｉ．ｚｈｕ０２，ＨＵＡＮＧＪｉａｎ—ｇｕ０２（１．Ｋｅｙ
ＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＡｃｏｕｓｔｉｃＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｎｄＭａｒｉｎｅＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，
１水声换能器匹配原理
水声发射机一般由功率放大器、匹配网络及水声换能器组成，简化结构如图１所示。其中虚线右侧是水声压电陶瓷换能器的一般等效电路，图中ｃ。是换能器的静态电容，ｃ。、￡。、尺。分别是其动态电容、动态电感和动态电阻。Ｚ。＝Ｒ。＋ｊＸ。是功率放大器的输出阻抗，一般为纯阻性，即凰＝０；Ｚ。＝Ｒ。＋ｊｘ。，是换能器加匹配网络后的输入阻抗；Ｚ：＝Ｒ：＋ｊＸ：，是换能器本身的输入阻抗。由最大输出功率条件知，最佳的匹配条件是Ｒ。＝Ｒ，，Ｘ。＝Ｘ，＝０＂。．
△ｒ馏和发射声源级起伏ＡＳＬ均得到改善，尤其在感兴趣的４～１５ｋＨｚ的宽带范围内，功率因数得
到显著改善，功放管耗明显降低，发射电压响应级起伏ＡＴＶＲ从２１ｄＢ降到１４ｄＢ，发射电压声源级起伏ＡＳＬ从２４ｄＢ降到７ｄＢ，但对功放的安全保护电路提出了更高的要求。关键词：电子技术；通信与信息系统；水声发射系统；换能器；宽频带；分段匹配中图分类号：ＴＢ５６５文献标志码：Ａ文章编号：１０００—１０９３（２０１０）０３－０２９７－０６ｏｆＴｒａｎｓｄｕｃｅｒｆｏｒＢｒｏａｄｂａｎｄ
第３１卷第３期
２０１
兵

匹配层厚度振动换能器研究

ｍｏｔｅｆｃｉｅｍｅｈｄｔｒａｅｈｒｑｎｃａｄｄｈｏｈｃｎｓ．ｉｒｔｇｔａｓｕｅｓｔｄｓｉｔｏｕｅｎｓｆｅｔｔｏｏｂｏｄｎｔｅｆｅｕｅｙｂｎｗｉｔｆｔｉｋｅｓｖｂａｉｒｎｄｃｒ．Ｓｕｙｉｎｄｃｄｏｖｎｒ
摘要：随着水声信号处理技术的发展，对宽带信号的需求日益增长。换能器的带宽是宽带信号处理的基础，而匹配
层技术是拓宽厚度振动换能器频带最有效的方法。研究了多匹配层厚度振动换能器的设计方法，建立了复数形式的
多匹配层厚度振动换能器等效网络模型，仿真研究了匹配层参数对换能器响应带宽的影响，指出了单、双匹配层在拓宽换能器带宽方面的限制，还指出匹配层的最佳厚度并非一定就是四分之一波长。在此基础上，制作了单、双匹
第２９卷第５期
２１Ｏ０年１０月
声
学
技
术
Ｖｏ．１２９，Ｎｏ．５
ＴｃｎｃｌｏｓｉｓｅｈｉａＡｃｕｔｃ
Ｏｃ．２１ｔ０Ｏ．
匹配层厚度振动换能器研究
林金虎
（鹰企业集团有限责任公司，江苏无锡２４６，海１０１）
ｈｗｅｉｎｔｉｋｅｓｖｂａｉｇｔａｓｕｅｓｗｉｕｔｌａｃｉｇｌｙｒ．ｅｅｕｖｌｎｉｃｔｏｅｕｌｏｈｏｔｄｓｇｃｏｈｎｓ — ｉｒｔｒｎｄｃｒｔｍｌｐｅｍｔｈｎｅｓＴｈｑｉａｅｔｒｕｉｍｄｌｓｉｎｔｅｎｈｉａｃｉｂｔ

匹配层宽带换能器发射性能的有限元优化分析

ｌ与曲线３正负抗抵消点对应的波数应为：
岛ｎ４３／，／…。＝／，￣５４，４兀
对频而ｔ＝＝，＝／ｌ，于基言ｏ８￣ｏ对于８
第二谐振频率
＝
．
３８。４￣ｏ
远小于Ｚ，ｎ它
如果匹配层的特性阻抗很小，
的机械抗曲线如图２中曲线２所示。要保证Ｘ＝０，图中曲线２曲线３及通过正负抗抵消求得Ｊ介于７４ｉ｝１ｃ／和３／之间，７４ｃ由此产生的基频及第二谐振频率也就在
维普资讯
２０年第２期０８
声学与电子工程
总第９０期
匹配层宽带换能器发射性能的有限元优化分析
仲林建唐军（第七一五研究所，杭州，３０１）１０２
摘要对匹配层换能器拓宽频带的机理进行了分析，利用有限元优化技术对匹配层换能器的发送电压响
作为发射换能器，这里仅考虑了发送电压响应
送电压响应曲线如图５示，所其中２～９号分别对的起伏，若是收发共用的换能器，还应考虑接收灵应表１中的优化序列号，图５中最佳曲线对应序敏度的起伏，优化的方法与此类似，最后再综合平
列号４。
衡所关心的参数。
【２】ＭｉｕｉｏＮａｒ￣ｕｉｏ１ａａｏｈｙｋａａｔａｔｈｋｎｉｓ，Ｋｈｗｔ，ｓｉｉｋＹｕＯｚｗ，１ｅ．
／《ｆ｝７ｌ
厂厂，蔼ｔｆｆ８ ‘ ｆ｛ｆ，ｊ【ｆＩＩｊ
粗崖
图２简化的匹配层换能器频率方程的图解

超声换能器叠层的匹配层及超声换能器叠层[发明专利]

专利名称：超声换能器叠层的匹配层及超声换能器叠层专利类型：发明专利
发明人：N·C·查格瑞斯,J·梅希,D·赫森
申请号：CN201410078568.5
申请日：20070301
公开号：CN103861796A
公开日：
20140618
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：在一方面，提供一种超声换能器叠层的匹配层，所述超声换能器叠层具有多个层，所述匹配层包括：一种基体材料，所述基体材料载有多个第一重粒子和多个第二轻粒子，其中所述轻粒子的密度介于包括所述基体材料和所述重粒子的混合物的期望密度的约100%到200%之间。

在另一方面，提供一种超声换能器叠层，包括：多个层，每个层均具有一个顶面和一个相对的底面，其中该多个层包括：一个压电层；和一个第一匹配层，该第一匹配层包括一种载有多个重粒子和多个轻粒子的基体材料，其中该第一匹配层的底面覆于该压电层的顶面之上，并且其中所述轻粒子的密度介于包括所述基体材料和所述重粒子的混合物的期望密度的约100%到200%之间。

申请人：富士胶卷视声公司
地址：加拿大安大略多伦多
国籍：CA
代理机构：北京北翔知识产权代理有限公司
更多信息请下载全文后查看。

匹配层宽带换能器优化设计及工程应用

匹配层宽带换能器优化设计及工程应用
首先要了解换能器的工作原理，然后根据层宽带的具体要求来设计换能器，包括形状和结构的选择，以及电路参数的校准。

接下来，要分析和优化换能器的性能，采用合适的数字仿真工具，模拟和测试换能器的特性，进而确定换能器的参数值，确保换能器能够在指定层宽带内有良好的性能。

最后，要根据换能器设计的特点，考虑工程应用的实际情况，通过数字仿真获得满足性能的最优的结构解。

这个表明换能器的设计方案满足了层宽带的要求，也满足了应用实际的诉求，可以把换能器投入应用。

压电超声换能器初级串联匹配新方法

压电超声换能器初级串联匹配新方法
压电超声换能器是一种将电能转换为机械能的装置，广泛应用于超声波清洗、超声波焊接、超声波探测等领域。

在压电超声换能器的应用中，电端匹配是非常重要的一环，直接影响到换能器的效率和性能。

传统的电端匹配方法是通过在换能器电端串联或并联电阻、电容或电感来实现的。

但是，这些方法存在一些问题，如匹配精度不高、调试复杂等。

为了解决这些问题，一些新的电端匹配方法被提出。

其中，一种新型的压电超声换能器初级串联匹配法被认为是一种有效的方法。

该方法通过在换能器初级串联一个合适的电容来实现电端匹配，具有匹配精度高、调试简单等优点。

该方法的原理是基于空芯变压器模型理论。

在压电超声换能器中，电场和磁场的作用是通过空芯变压器模型理论来描述的。

该理论认为，在一定的频率下，压电陶瓷的介电常数会发生变化，从而改变换能器的等效电容和等效电感。

通过在初级串联电容，可以调节换能器的等效电容和等效电感，从而实现电端匹配。

具体实现上，该方法需要选择合适的电容值，并进行实验验证。

通过调整电容值，可以使得换能器的阻抗在一定频率范围内与负载阻抗相匹配。

实验结果表明，该方法可以显著提高换能器的转换效率和输出功率。

总之，压电超声换能器初级串联匹配新方法是一种有效的电端匹配方法，具有匹配精度高、调试简单等优点。

通过该方法的应用，可以提高压电超声换能器的性能和效率，进一步推动超声技术的应用和发展。

压电超声换能器电端匹配电路研究

3 阻抗匹配的电路分析
换能器匹配电路还需进行阻抗匹配以保证电源的能量最大可能地传递给换能器. 本文将换能器和超声频电源看成一个含源二端网络 ,通过电路分析得到在不同条件下的最佳的阻抗匹配条件. 3. 1 换能器等效含源二端网络
将超声频电源与换能器的连接电路等效为一个含源二端网络的等效电路图如图 5 所示. 超声频电源由等效电压源 Us 和内阻 R s 组成 ,含源二端网络电源端等效阻抗 Zs = Rs + j Xs . 将换能器视为含源二端网络的负载端 ,等效负载阻抗 Zl = Rl + j X l . 3. 2 最佳阻抗匹配条件
L′= 1/ [2πf s′) 2 C0′] ,
(2)
式中 f s′为频率漂移后的串联谐振频率 , C0′为频率漂移、温度变化后的夹持电容. 由此可见 , 匹配电感
必须随换能器状态变化而调整电感大小. 通常的匹配电感是通过改变电感铁芯的气隙间距来实现电感大
小的改变 ,并且气隙间距与电感量值具有非线性关系 ,很难实现电感变化的自动控制.
换能器实际工作时 ,由于负载力、温度、湿度等随时变化 , 将导致换能器谐振频率发生漂移 , 换能器等效电路不能再简化为图 1 ,匹配电感 L 也不再起到匹配电路应有的调谐匹配作用. 所以匹配电路要随着换能器谐振频率漂移而改变匹配电感大小 ,实现动态调谐匹配才有意义. 能够实现动态调谐匹配的电路称为动态匹配电路[9210] . 动态电路要满足两个条件 :一是频率跟踪 ,即确定换能器频率漂移的方向及大小. 二是动态匹配电感 ,根据电路频率漂移带来的电压和电流的位相关系 , 即时调整匹配电感量 , 达到电压和电流同相位 ,使换能器达到纯电阻状态.
徐春龙1 ,2 , 胡卓蕊2 , 田华1

换能器优化设计与实验

燕山大学本科毕业设计（论文）开题报告课题名称：超声波换能器优化设计与实验学院（系）：里仁学院年级专业：工业自动化仪表2班学生姓名：**指导教师：**完成日期：2013年3月27日一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义（一）本课题研究意义超声换能器是实现声能与电能相互转换的部件。

最早的超声换能器是P.郎之万(P1L angevin) 在1917 年为水下探测设计的夹心式换能器。

这个换能器是以石英晶体为压电材料, 用两块钢板在两侧夹紧而成的。

1933 年以后出现的叠片型磁致伸缩换能器, 强度高、稳定性好、功率容量大, 迅速取代了当时的郎之万换能器。

到了50 年代, 由于电致伸缩材料钛酸钡铁电陶瓷、锆钛酸铅压电陶瓷的研制成功, 使郎之万型超声换能器再度兴起。

目前压电超声的应用范围很广, 且对超声测量精度、测量范围、超声功率以及器件的微小化程度的要求越来越高。

目前妨碍超声广泛应用的原因是缺少适用、可靠、经济、耐用的超声换能器。

但是超声换能器历来是各种超声应用的关键部件, 其性能描述与评价需要许多参数。

超声换能器的特性参数包括共振频率、频带宽度、机电耦合系数、电声效率、机械品质因数、阻抗特性、频率特性、指向性、发射及接收灵敏度等等。

不同用途的换能器对性能参数的要求不同,例如,对于发射型超声换能器,要求换能器有大的输出功率和高的能量转换效率；而对于接收型超声换能器,则要求宽的频带和高的灵敏度及分辨率等。

因此，在换能器的具体设计过程中，必须根据具体的应用,对换能器进行性能测试实验与分析，从而进行合理的设计与优化。

（二）国内外研究动态1、超声压电材料的发展(1)压电复合材料换能器：目前压电陶瓷是超声换能器中最常用的材料，具有机电转换效率高、易与电路匹配、性能稳定、易加工和成本低等优点得到广泛应用。

同时，压电陶瓷材料也存在声特性阻抗高，不易与人体软组织及水的声阻抗匹配；机械品质因数高，带宽窄；脆性大、抗张强度低、元件成型较难及超薄高频换能器不易加工等缺陷。

换能器的匹配

换能器的匹配
郑渝
【期刊名称】《声学技术》
【年(卷),期】1994(13)1
【摘要】关于换能器的匹配层阻抗值的选择，已有三种计算公式。

由于三种公式所计算的阻抗值有较大差异，为了比较，以选择合理的匹配层阻抗值，本文用Ｍａｓｏｎ等效电路直接计算换能器的频带及波形，比较了用三种公式所得阻抗值匹配的换能器的状态。

并计算了匹配层厚度对换能器波形的影响。

计算结果与实验结果吻合很好。

可为匹配层材料及厚度的选择提供理论依据。

【总页数】4页(P11-14)
【关键词】换能器;匹配;反射波;传递函数
【作者】郑渝
【作者单位】清华大学现代应用物理系声学研究室
【正文语种】中文
【中图分类】TB552
【相关文献】
1.磁致伸缩超声换能器阻抗匹配网络的设计 [J], 冉超;黄文美;翁玲
2.匹配层高频宽带水声换能器研究 [J], 潘晶;刘佳;戴思思;王艳
3.匹配层高频宽带水声换能器研究 [J], 潘晶;刘佳;戴思思;王艳
4.径向振动匹配层换能器的设计参数及模态优化 [J], 郭帅宏;李军;王欢涛
5.功率超声换能器压电元件阻抗匹配装置的设计与制作 [J], 施浩然;孔淑婷;高桂玲;陈赵江;刘世清
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

水声宽带换能器匹配技术研究的开题报告

水声宽带换能器匹配技术研究的开题报告
开题报告：水声宽带换能器匹配技术研究
1. 研究背景
水声技术在海洋勘探、海底通信等领域有着广泛的应用，而换能器作为水声传输中的核心组件，直接影响到传输效率和信号质量。

然而，现有的水声换能器在不同频段下的效率和灵敏度存在明显的差异，因此对于不同频段下的水声传输无法实现充分的利用。

为此，本研究拟通过探讨水声宽带换能器的设计与制造，实现在不同频段下的匹配传输。

2. 研究目的
本研究旨在探究水声宽带换能器的制造与设计方法，解决现有水声换能器在不同频段下的性能不足的问题，针对不同频率下的水声信号设计换能器的传感面积和特征阻抗，进而实现水声信号在不同频段下的高效传输，为海洋探测与通信等领域提供更加优质的解决方案。

3. 研究方法
本研究将采取实验和仿真相结合的方法，通过建立宽带水声换能器模型，模拟不同频率下的换能器性能及其与水声信号的耦合特性；通过调整传感面积和特征阻抗来优化换能器的性能，达到在不同频段下的匹配传输。

4. 研究内容
（1）水声换能器原理研究，包括水声换能器的物理性质、传感面积和特征阻抗等基本概念。

（2）宽带水声换能器设计研究，针对不同频段下的水声信号设计合适的传感面积和特征阻抗，进而实现宽带换能器的匹配传输。

（3）宽带水声换能器制造研究，采用工业标准材料和加工工艺，对宽带水声换能器进行制造和实验验证，得出宽带水声换能器的传输性能及效果。

5. 研究意义
本研究通过对水声宽带换能器的研究实现在不同频段下的匹配传输，进而提升水声信号传输效率和信号质量，为海洋勘探、海底通信等领域提供有力支持。

此外，研究结果还可以为水声宽带换能器的研究提供新思路和实验数据。

高频宽带换能器多匹配层研究

高频宽带换能器多匹配层研究
夏榕健;仲林建;夏铁坚
【期刊名称】《声学技术》
【年(卷),期】2024(43)1
【摘要】在水声应用中,高频换能器往往需要较宽的工作带宽,以获得更多的目标信息。

文章首先建立了等效电路模型,利用粒子群算法对匹配层材料和厚度进行初步选定,使得换能器具有最宽的工作频带;其次,通过有限元方法对匹配层换能器的导纳和发射电压响应进行分析计算;最后,在理论分析的基础上成功制得三匹配层高频宽带换能器,其工作频段约为150~430 kHz,相对带宽为93%,带内发送电压响应起伏为-6 dB。

实验结果表明,三匹配层设计方案可以有效拓宽高频换能器的工作频段。

【总页数】4页(P147-150)
【作者】夏榕健;仲林建;夏铁坚
【作者单位】杭州应用声学研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TB565.1
【相关文献】
1.基于2-2型压电陶瓷复合材料的三匹配层宽带医用超声相控阵换能器研制
2.采用匹配层的超宽带换能器实验研究
3.双激励加匹配层宽带水声换能器研究
4.高频水声换能器匹配层技术研究
5.高频声呐换能器梯度匹配层声学特性研究
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。