基于背衬层匹配的压电式柔性超声传感器优化

作     者：于永洁 杜昱錡 黄仕磊 甘芳吉 YU Yongjie;DU Yuqi;HUANG Shilei;GAN Fangji

作者机构：四川大学机械工程学院四川成都610065 成都大学电子信息与电气工程学院四川成都610106 

出 版 物：《郑州大学学报（工学版）》 (Journal of Zhengzhou University（Engineering Science）)

年 卷 期：2025年第46卷第1期

页      面：98-104,112页

学科分类：0820[工学-石油与天然气工程] 080706[工学-化工过程机械] 080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0804[工学-仪器科学与技术] 082003[工学-油气储运工程] 0802[工学-机械工程] 081102[工学-检测技术与自动化装置] 0811[工学-控制科学与工程] 

基　　金：四川省科技创新创业苗子工程(2021JDRC0090) 

主　　题：柔性超声传感器 背衬层匹配 阻抗匹配 信噪比 

摘      要：基于聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜的柔性超声传感器具有体积小、质量轻、易于阵列化等优点,但容易受到背部杂波干扰和阻抗不匹配的影响,导致回波信号频率成分复杂且信噪比较低。为有效吸收传感器背部杂波,提升超声波单向辐射的能力,利用钨粉和硅胶设计针对柔性超声传感器的背衬层,在保持传感器整体柔性的同时使传感器的信号电压幅值提高了200%。其次,根据柔性超声传感器的电学特性提出了柔性超声传感器阻抗匹配优化方法,并通过梯度实验获得最佳匹配参数,使传感器的信噪比从2 dB提高到30 dB。优化后的柔性超声传感器具有宽频带、高频率、窄脉冲的优良性能,对不同曲率、不同壁厚的管道试件厚度的测量实验结果表明其可以达到0.01 mm的精度。