高灵敏度宽频带OPCM超声换能器的试制.pdf

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1、2011正仪表技术与传感器2011第11期InstrumentTechniqueandSensorNO．11高灵敏度宽频带OPCM超声换能器的试制赵国旗，曾洪，骆英，王自平(江苏大学机械工业机械结构损伤检测评估技术重点实验室，江苏镇江212013)摘要：正交异性压电复合材料(OrthotropicPiezoelectricCompositeMaterials，OPCM)超声换能器因其特有的正交异性特征具有发射和接收定向波信号的能力，有助于提高结构损伤定位精度。在OPCM元件研究的基础上，理论分析了声阻抗匹配层与OP

2、CM元件间的声阻抗关系，并通过实验验证了带声阻抗匹配层的OPCM换能器具有更高的正交比，灵敏度和带宽也进一步得到提高。关键词：OPCM超声换能器；正交异性；声阻抗匹配层；灵敏度；相对带宽中图分类号：TP212文献标识码：A文章编号：1002—1841(2011)11—0071—03ManufactureofHighSensitivityandBroadbandOPCMUltrasonicTransducersZHAOGuo—qi，ZENGHong，LUOYing，WANGZi—ping(ChineseMachine

3、ryIndustryKeyLaboratoryforMechanicalStructureDamageDetectionTechnology，JiangsuUniversity，Zhenjiang212013，China)Abstract：Orthotropicpiezoelectriccompositematerials(OPCM)ultrasonictransducerscanimprovethepositioningaccuracyofstructuraldamagingtestbecauseoftheort

4、hotropiccharacterwiththeabilityoflaunchingandreceivingdirectionalsigna1．BasedonthestudyofOPCMcomponents，theacousticimpedancerelationofacousticalimpedancematchinglayersandOPCMcomponentswereanalyzedintheory．Accordingtotheexperiment，theorthotropiccharacterismoren

5、oticeable，thesensitivityandthebandwidthofthetransducerwithmatchinglayeralehigherandwiderthanthesingleOPCMtransducer．Keywords：OPCMultrasonictransducer；orthotropiccharacter；acousticimpedancematchinglayer；sensitivity；relativebandwidth0引言1OPCM换能器的构造OPCM超声换能器因其特有的正

6、交异性特征能对不同方向1．1OPCM超声换能器的构造形式的应力波具有不同的响应特性，能够有效抑制侧向干扰信号接该实验选用的换能器是自制的片状1—1型0PCM换能收，提高其信噪比。在超声成像、超声医学、工程结构无损检器，它是由压电相材料与聚合物材料按照一定连通方式组合而测等领域，常采用在换能器的前表面加声阻抗匹配层的技术来成，其结构示意图如图1所示。研究发现，换能器在、y方向提高换能器的带宽和灵敏度_2J。上激励(接收)信号差别最明显，这种特性被称作正交异性。它超声换能器中的换能元件与负载之间的声阻抗匹配层相作为驱动

7、器，可以更多地激励方向的信号；作为传感器，可以当于一个声变换器，理想状态下，当匹配层的阻抗与传播介质减少l，方向的干扰信号，有助于提高换能器的信噪比。的阻抗完全匹配时，即达到全透射的状态-6]。匹配层能使声能高效地在换能器换能元件和其负载间传输，改变前后媒质的阻抗关系，提高换能器的灵敏度和频带宽度，减少失真。为了提高和改善OPCM超声换能器的灵敏度和带宽，在原有OPCM超声换能器研制的基础上，从理论上分析了匹配层与OPCM元件间的声阻抗关系，通过实验得知了钨粉一环氧树脂合成材料具有较宽声阻抗范围，制备了以钨粉一环氧

8、树脂合成图1带声阻抗匹配层的OPCM换能器构造图材料作为声阻抗匹配层的OPCM换能器，并通过实验对带匹配1．2匹配层声阻抗的计算层的OPCM超声换能器的正交异性、灵敏度和带宽等性能进行试制的OPCM超声换能器采用单层阻抗匹配层。超声波了测试。结果表明：相比不带匹配层的换能器，带匹配层的在2种介质中传播满足2个条件J：声阻抗匹配层声阻抗zOPCM换能器具有更好