基于传输线理论压电换能器电阻抗匹配研究

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1、国内图书分类号：O482.1学校代码：10213国际图书分类号：534密级：公开理学硕士学位论文基于传输线理论的压电换能器电阻抗匹配研究硕士研究生：李万崇导师：张锐教授申请学位：理学硕士学科：凝聚态物理所在单位：理学院物理系答辩日期：2013年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O482.1U.D.C:534DissertationfortheMasterDegreeinScienceTHESTUDYOFELECTRICALIMPEDANCEOFPIEZOELECTRICTRANSDUCERBASEDONTRANSMISS

2、IONLINETHEORYCandidate：LiWanchongSupervisor：Prof.ZhangRuiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofScienceSpeciality：CondensedMatterPhysicsAffiliation：DepartmentofPhysicsDateofDefence：June,2013Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学理学硕士学位论文摘要当今功能材料的应用越来越广泛，其研究非常

3、活跃，而压电材料作为其中的一种，也备受研究者关注。压电材料在工业、农业、医学等领域应用广泛，近年来特别在超声压电换能器领域研究较多，目前在高性能压电材料的应用方面还有不足，关于压电换能器的匹配研究，科研工作者多数从机械匹配也就是声学匹配方面入手，但是在电学匹配方面特别是高频领域的研究还有待突破。为更好的解决电学匹配问题，我们设计并制备了中心频率在1.3MHz的高性能1-3型复合材料的原型超声波器件。利用1-3复合压电材料作为压电振子，由换能器的设计原则，结合本文制备的压电原型器件的性质，研制出了在-6dB的带宽为32.9%的压电超声换能器，我们首先在

4、声学匹配方面做了一些工作，为提高换能器的性能，利用环氧树脂混合氧化铝粉制备出厚度在0.53mm的匹配层，使灵敏度比声学匹配前提高了3.41dB，在-6dB的带宽提高到了45.6%。本文重点研究了电学匹配的理论和方法，首次利用传输线变压器进行了准确的阻抗匹配研究，研究了传输线变压器参数的精确选择方法和具体的工艺做法，并且利用换能器的自发自收模式对电学匹配条件下的1-3型压电超声换能器性能进行了测量，结果显示换能器的灵敏度提高了11.1dB，在-6dB的带宽由匹配前的32.9%，提高到了匹配后的38.2%。这表明利用传输线变压器进行电学匹配，非常有助于提

5、高换能器的灵敏度，对带宽的提高也有一定的作用，最后我们综合测试了声学和电学匹配后的结果，与换能器无任何匹配时对比，换能器的灵敏度提高了14.2dB，在-6dB的带宽由匹配前的32.9%，提高到了匹配后的53.8%。本文的研究，为提高换能器的匹配性能特别是制作高频换能器提供了精确具体的电学匹配方法。关键词：复合压电材料；压电换能器；电学匹配；传输线变压器-I-哈尔滨工业大学理学硕士学位论文AbstractToday,theapplicationoffunctionalmaterialsismoreandmorewidespreading,therese

6、archisveryactive.Thepiezoelectricmaterialasoneofthemattractsalotofresearcherstostudythem.Inrecentyears,piezoelectricmaterialsarewidelyusedinindustry,agriculture,medicineandotherfields,particularlyinthefieldofultrasonicpiezoelectrictransducermoreresearch.Currentlytheresearchonth

7、eapplicationofhigh-performancepiezoelectricmaterialsisinadequate,fromthemajorityofscientistsconcernedmoreaboutacousticalmatchedmechanicalaspects.Moreresearchonhigh-frequencyelectricalmatchingisneededtobestudiedtomakeabreakthrough.Tobettersolvetheelectricalmatchingproblem,wehave

8、designedandfabricatedahigh-performanceprototype1-3comp