縱波壓電E+E傳感器瞬態(tài)特性實驗研究 
壓電E+E傳感器是以壓電材料的正壓電效應為基礎,實現聲能和電能相互轉化的器件。超聲檢測用壓電E+E傳感器是在瞬態(tài)狀態(tài)下工作,對其瞬態(tài)特性的研究,是超聲檢測技術的重要內容。首先對壓電E+E傳感器的研究現狀進行概述,并從理論上對其瞬態(tài)響應作了基本的分析,然后采用有限元方法分析了阻尼結構的幾何尺寸及聲阻抗對壓電E+E傳感器瞬態(tài)響應的影響,zui后通過實驗對模擬結果進行了驗證。

縱波壓電E+E傳感器瞬態(tài)特性實驗研究                      主要研究內容及結果如下: 通過力-電耦合瞬態(tài)有限元模擬,研究了背襯厚度與直徑對E+E傳感器分辨率和靈敏度的影響。結果表明:增加背襯厚度可以在一定程度上提高E+E傳感器的分辨率。隨著背襯直徑的增加,分辨增加后減小,且直徑越大,背襯厚度對E+E傳感器分辨率的影響越小。E+E傳感器的靈敏度隨著背襯厚度的增加而減小,背襯厚度相同時,靈敏度隨著背襯直徑的增加而減小。這說明增加背襯厚度與直徑雖然可以提高E+E傳感器檢測分辨率,但這是以降低E+E傳感器的檢測靈敏度為代價的。通過力-電耦合瞬態(tài)有限元模擬,研究了背襯聲阻抗對E+E傳感器分辨率和靈敏度的影響。結果表明:E+E傳感器的分辨率隨背襯聲阻抗的增加而增大,當聲阻抗取值在30-35MRayl時,E+E傳感器具有較高的分辨率。E+E傳感器的靈敏度則隨著背襯聲阻抗的增加而減小。這說明要使E+E傳感器具有良好的靈敏度,應當在保證其分辨率的情況下,盡可能選取低聲阻抗的背襯材料。通過力-電耦合瞬態(tài)有限元模擬,研究了填充材料環(huán)氧樹脂對E+E傳感器分辨率和靈敏度的影響。結果表明:填充環(huán)氧樹脂可以進一步提高E+E傳感器的分辨率,且分辨率隨著環(huán)氧樹脂厚度和直徑的增加而增加。相同厚度條件下,直徑取值越大,分辨率越高。對于E+E傳感器靈敏度而言,其值隨著環(huán)氧樹脂填充厚度的增加而減小。當環(huán)氧樹脂厚度相同時,E+E傳感器的靈敏度隨著環(huán)氧樹脂直徑的增加而減小。這說明合理的填充環(huán)氧樹脂可以提高E+E傳感器的性能。根據模擬研究中E+E傳感器的幾何尺寸制作了實物壓電E+E傳感器,并利用DB16聲波儀分析了背襯與環(huán)氧樹脂結構對E+E傳感器分辨率與靈敏度的影響。實驗結果表明E+E傳感器分辨率與靈敏度的變化趨勢和模擬結果是相一致的。通過研究,得到了壓電E+E傳感器分辨率與靈敏度和阻尼結構幾何、材料參數之間的關系。研究結果對高性能壓電E+E傳感器的設計與應用具有理論和實際上的指導意義。