钢轨检测压电超声换能器宽频阻抗匹配研究

作     者：王刚 魏小源 黄玲 许子健 梅潭 Wang Gang;Wei Xiaoyuan;Huang Ling;Xu Zijian;Mei Tan

作者机构：兰州理工大学电气工程与信息工程学院兰州730050 甘肃省工业过程先进控制重点实验室兰州730050 兰州理工大学电气与控制工程国家级实验教学示范中心兰州730050 

出 版 物：《电子测量技术》 (Electronic Measurement Technology)

年 卷 期：2023年第46卷第1期

页      面：57-64页

学科分类：07[理学] 08[工学] 070206[理学-声学] 0802[工学-机械工程] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金(62101228) 甘肃省青年科技基金(21JR7RA245) 甘肃省科技重点研发项目(20YF3GA018) 甘肃省工业过程先进控制重点实验室开放基金(2022KX05) 甘肃省高等学校青年博士基金(2022QB-053)项目资助 

主　　题：钢轨检测 压电超声换能器 阻抗匹配 最优参数 工作带宽 

摘      要：针对钢轨损伤检测系统中压电超声换能器与激励源存在阻抗失配,以及压电超声换能器带载后谐振频率偏移等问题,本文对压电超声换能器宽频阻抗匹配进行研究。首先,对压电超声换能器BVD模型参数进行优化。其次,基于上述模型,设计4种匹配网络,对其性能进行比较分析,从而确定最佳网络拓扑结构和参数。最后,基于一发一收实验平台,测试对比匹配前后压电超声换能器的接收信号。测试结果表明,本文设计的阻抗匹配网络可以实现对压电超声换能器的高效匹配,匹配后发射换能器有功功率平均提升了197.38%,工作带宽从1.44 kHz提升至2.22 kHz。同未匹配和传统L型匹配网络相比,本文设计的宽频阻抗匹配网络使得发射强度分别提升了61.07%和18.05%,压电超声换能器在工作带宽内均可达到良好的发射状态。