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换能器组阵对声场指向性的影响

噪声与振动控制 2010年第3期30卷 55-59页

作者：林建马建敏庄子听复旦大学力学与工程科学系上海200433

根据点声源的声场指向性函数,推导出了考虑换能器振动面积时单个超声波换能器的指向性函数和由其组成的矩形阵列的指向性函数,研究了单个超声波换能器和其组成阵列的指向性。计算分析了阵元面积、阵元间距及阵元数目对超声波换能器阵列... 详细信息

根据点声源的声场指向性函数,推导出了考虑换能器振动面积时单个超声波换能器的指向性函数和由其组成的矩形阵列的指向性函数,研究了单个超声波换能器和其组成阵列的指向性。计算分析了阵元面积、阵元间距及阵元数目对超声波换能器阵列指向性的影响,为高指向性噪声的控制和声武器对抗提供帮助。

关键词：声学声场指向性换能器阵列指向性函数阵元面积阵元间距

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埋入混凝土中PZT声场指向性和声能研究

传感器与微系统 2012年第1期31卷 7-9,13页

作者：黄润陈雨李鹏程谭斌陈浩重庆大学光电工程学院重庆400044 四川大学电子信息学院四川成都610065

将PZT作为声源埋入混凝土中构成的混凝土压电机敏模块具有超声检测功能。对埋入该模块中的PZT圆片模态分析发现,在各阶振动模态下PZT声辐射面存在分布不同的振幅极大值区域。基于混凝土压电机敏模块的声场指向性和声能实验表明:将PZT声... 详细信息

将PZT作为声源埋入混凝土中构成的混凝土压电机敏模块具有超声检测功能。对埋入该模块中的PZT圆片模态分析发现,在各阶振动模态下PZT声辐射面存在分布不同的振幅极大值区域。基于混凝土压电机敏模块的声场指向性和声能实验表明:将PZT声辐射面等效为振幅相等的单一点声源的叠加,忽略振动模态对声场指向性影响,使得PZT圆片的声场指向性随频率变化规律偏离实际较大,而且在相同频率下声场指向性理论结果比实验结果发散;在各阶固有频率激励下,PZT圆片的声场指向性集中,但在一阶固有频率下声能最高,更适用于超声检测。

关键词：混凝土频率 Ansys仿真压电陶瓷声场指向性声能

基于PVDF超声换能器结构设计及其声场指向性研究

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基于PVDF超声换能器结构设计及其声场指向性研究

作者：简平华南理工大学

学位级别：硕士

随着现代无损探伤检测技术的高速发展，压电超声换能器因为具有广阔的应用前景而备受关注，聚偏二氟乙烯（PVDF）作为超声换能器的新型智能压电材料在压电传感领域中发挥着越来越重要的作用。相对于传统的压电材料，PVDF因具有低机械品... 详细信息

随着现代无损探伤检测技术的高速发展，压电超声换能器因为具有广阔的应用前景而备受关注，聚偏二氟乙烯（PVDF）作为超声换能器的新型智能压电材料在压电传感领域中发挥着越来越重要的作用。相对于传统的压电材料，PVDF因具有低机械品质因数、高宽频带、压电电压常数高、声阻抗低等独特优势而被认为是未来压电复合材料的研究热点以及超声探测与成像技术的重要方向。但是由于目前PVDF高聚物材料存在压电应变系数低、机电耦合系数较小、损耗过大等缺陷，因而制约了其实际的应用，特别是在发射激励方面一直得不到有效改进。因此本文尝试提出基于PVDF压电薄膜的新型结构从而提高换能器输出/输入增益、检测灵敏度及信噪比，并且改善其空间声场指向性。这对于缩短高频超声探头的设计周期，降低其开发成本，拓宽其应用范围都具有重要的积极意义。本文首先提出了一种利用PVDF压电薄膜层叠的组合结构方案设计超声换能器，用于解决困扰柔性薄膜超声换能器输入/输出信号增益低的问题;通过理论推导及数学软件仿真给出了该结构换能器的幅频特性。利用仿真结果可以合理地估算出层叠式结构超声探头的增益、谐振频率和通频带与PVDF薄膜厚度及薄膜层数之间的对应关系;并通过自制的柔性薄膜超声换能器样品的测试数据对理论规律及仿真结果进行比较验证。本文对柔性曲面压电晶片及其等效动态相控阵元阵列结构的换能器所辐射超声的近声场进行重点研究，通过结合物理声学原理推导出超声近声场的空间声压分布及指向性函数，并利用数学软件对超声近场声压进行近似数值仿真。通过分析比较各声场指向性的仿真结果表明,在给定的工作频率和介质条件下，对比于平面结构，二维半圆球壳的曲面压电晶片或等效相控阵元阵列结构的超声换能器在近声场可实现高强度聚焦，同时近声场焦点处的横向/纵向分辨率都达到最佳，旁瓣/栅瓣抑制也达到最大。

关键词： PVDF压电薄膜超声换能器幅频特性声场指向性

高速乏油全陶瓷角接触球轴承振动与噪声实验研究

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噪声与振动控制 2023年第5期43卷 95-101页

作者：闫海鹏包志刚秦志英牛虎利河北科技大学机械工程学院石家庄050018 沈阳建筑大学机械工程学院沈阳110168

设计高速乏油运转实验,研究高速乏油全陶瓷球轴承在不同高转速、轴向载荷及径向载荷作用下服役时的振动与辐射噪声特性。利用改进的轴承振动测试机测试全陶瓷角接触球轴承在乏油运转状态下的振动速度与辐射噪声声压级,探究高转速、轴向... 详细信息

设计高速乏油运转实验,研究高速乏油全陶瓷球轴承在不同高转速、轴向载荷及径向载荷作用下服役时的振动与辐射噪声特性。利用改进的轴承振动测试机测试全陶瓷角接触球轴承在乏油运转状态下的振动速度与辐射噪声声压级,探究高转速、轴向载荷与径向载荷对其振动和辐射噪声的影响规律。提出以声场指向方位角与指向水平参量来表征声场指向性。实验结果表明,转速的提升、轴向载荷的增加以及径向载荷的变大,均使高速乏油全陶瓷角接触球轴承的振动速度与噪声声压级增大,且噪声在圆周方向呈非均匀分布。随转速或径向载荷增加,辐射噪声在圆周方向非线性、不均匀增加,使声压级变化量逐渐增大,导致声场指向性变得更加明显。随轴向载荷增加,圆周方向声压级变化量先增大后减小,使声场指向水平发生相应变化。研究表明振动速度与辐射噪声呈正相关关系,明确了声场随转速、轴向载荷、径向载荷的变化规律,可为高速乏油运转条件下全陶瓷球轴承设计、噪声控制提供相关依据。

关键词：振动与波全陶瓷球轴承乏油润滑辐射噪声载荷声场指向性

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跑道线圈换能器在铁路重载货车探伤中的应用

应用声学 2022年第3期41卷 429-435页

作者：吴迪邵嘉麒毕超张博南王亚平滕永平北京交通大学理学院北京100044 中国铁道科学研究院集团有限公司金属及化学研究所北京100081 北京信泰智合科技发展公司北京100098

针对在线车轮超声探伤系统的工程应用,研究了跑道线圈电磁超声换能器由洛伦兹力换能机制在钢中产生的辐射声场。根据外磁场和线圈配置,将表面力源近似为非均匀的水平剪切力源,数值计算得到了此力源的辐射声场指向性图,并与实验结果进行... 详细信息

针对在线车轮超声探伤系统的工程应用,研究了跑道线圈电磁超声换能器由洛伦兹力换能机制在钢中产生的辐射声场。根据外磁场和线圈配置,将表面力源近似为非均匀的水平剪切力源,数值计算得到了此力源的辐射声场指向性图,并与实验结果进行比对,结果表明辐射的水平偏振横波具有中间强两侧弱的指向性,对理解跑道形电磁线圈超声换能器的辐射声场和在重载货车车轮辋裂缺陷探伤中的工程应用具有一定的指导意义。

关键词：跑道形电磁线圈重载货车车轮辋裂缺陷在线车轮超声检测声场指向性

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基于时间反转导波的金属板中缺陷检测研究

基于时间反转导波的金属板中缺陷检测研究

作者：杨三虎中北大学

学位级别：硕士

金属板是十分重要的工业原料之一,在使用过程中容易产生裂纹、腐蚀,需要定期对其进行无损检测。利用金属板中导波传播距离长、衰减小的特性,可以快速实现板中缺陷的长距离、大范围检测。电磁超声导波SH模态在低频时具有非频散、无模态... 详细信息

金属板是十分重要的工业原料之一,在使用过程中容易产生裂纹、腐蚀,需要定期对其进行无损检测。利用金属板中导波传播距离长、衰减小的特性,可以快速实现板中缺陷的长距离、大范围检测。电磁超声导波SH模态在低频时具有非频散、无模态转换、受试件表面接触材料影响较小等优点,因此本文选择SH导波模态在板中跨越焊缝检测裂纹缺陷;而高阶Lamb波模态凭借波长短、检测灵敏度高等特性,更有利于检测微小缺陷,因此被用于针孔腐蚀缺陷检测。然而,SH导波跨越焊缝之后遇到裂纹缺陷,其反射信号返回时再次经过焊缝被接收,则信号能量较弱;此外,由于针孔腐蚀非常小,其检测信号淹没于噪声之中难以区分,则检测效果较差。针对以上两个问题,本文分别研究了时间反转SH导波跨越焊缝检测裂纹缺陷、高阶Lamb波模态时间反转检测针孔腐蚀。主要研究内容如下:(1)搭建了SH导波声场测量实验系统,制作了不同几何参数的周期性永磁体电磁超声换能器(Periodic Permanent Magnet Electromagnetic Acoustic Transducer,简称PPM EMAT),分析了跑道形线圈内径、外径、永磁体宽度等几何参数对SH导波声场分布的影响,最后确定了最优参数,从而指导PPM EMAT设计。其次,研究了焊缝宽度、焊缝余高等焊缝结构因素对声场分布的影响,得出焊缝结构对导波声场指向性影响不大,但会使导波能量发生衰减。(2)搭建了SH导波检测实验系统,提出了SH导波时间反转检测方法,分别在铝板和钢板中跨越焊缝之后对不同长度裂纹进行常规检测、时反检测。结果表明,常规检测时,铝板中检测到的最小裂纹长度为1mm,钢板中裂纹尺寸为2mm;时反检测时,两种材料中都可以检测到长度为1mm的裂纹,且裂纹回波信号幅值增大。时反检测相比常规检测,缺陷回波能量都得到了增强,其最大增强倍数达到了3.9倍。(3)针对针孔腐蚀难以检测的问题,研究了高阶Lamb波S模态时反聚焦检测方法,对铝板中不同直径和深度圆孔缺陷进行了常规检测、时反检测。结果表明,常规检测的灵敏度达到了深2mm的?0.5mm针孔缺陷,而时反检测的灵敏度达到了深0.5mm的?0.5mm针孔缺陷,验证了时反Lamb波增强了缺陷信号能量,提高了检测灵敏度。提出了分段时间反转检测方法,对于区间段包含完整缺陷回波、部分包含缺陷回波、不包含缺陷回波的情况分别进行了检测实验,结果表明,当时反导波在某段区间发生聚焦,则可判定该区间内存在缺陷。另外,研究了低电压下针孔缺陷检测,常规导波检测不出缺陷,但时反导波可以检测出缺陷。表明时间反转技术可以降低硬件要求,增强传感器检测能力。

关键词：电磁超声SH导波 Lamb波时间反转法声场指向性缺陷检测

考虑结构损耗时水中圆柱壳的振动声辐射特性研究

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应用力学学报 2007年第3期24卷 434-439页

作者：石焕文盛美萍孙进才白雅西北工业大学西安710072 长安大学西安710064

基于圆柱壳的振动方程以及壳与流体边界上振速连续条件,推导了简支在刚性圆管上的有限长圆柱壳的低频声辐射的自辐射阻抗和互辐射阻抗计算公式,在考虑结构损耗情况下求解了圆柱壳的机械阻抗、表面振速、辐射声功率、辐射效率以及辐射声... 详细信息

基于圆柱壳的振动方程以及壳与流体边界上振速连续条件,推导了简支在刚性圆管上的有限长圆柱壳的低频声辐射的自辐射阻抗和互辐射阻抗计算公式,在考虑结构损耗情况下求解了圆柱壳的机械阻抗、表面振速、辐射声功率、辐射效率以及辐射声场的分布特征。结果表明:低阶模态自辐射阻抗大于互辐射阻抗,且自辐射阻随模态阶次增大迅速减小;当p、m同为偶数或奇数时模态辐射阻系数rpmqq大于零,反之小于零。模态辐射抗系数xpmqq在零值附近波动并当ka趋于无穷大时xpmqq都趋向零;p与m相差越大,rpmqq和xpmqq越小。当激励力频率较低时圆柱壳辐射声场指向性为"∞"和"8"叠加的形状;随频率增高,轴向模态和周向模态综合效果导致辐射声场指向性趋于复杂。计算简支圆柱壳的声辐射特征,必须要考虑结构的损耗。

关键词：圆柱壳结构损耗声辐射阻抗声场指向性

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横波直探头的辐射声场

声学学报 2007年第2期32卷 103-109页

作者：吴迪李明轩王小民成跃中国科学院声学研究所北京100080

分析了采用2/2型压电复合材料制作的一种水平面内偏振的横波直探头的辐射声场特性,推导了两种表面力源辐射声场的严格解析解,通过数值计算给出了相应声场分布和指向性图,得到了横波垂直辐射指向性,并与实验结果进行了对比。实验所得声... 详细信息

分析了采用2/2型压电复合材料制作的一种水平面内偏振的横波直探头的辐射声场特性,推导了两种表面力源辐射声场的严格解析解,通过数值计算给出了相应声场分布和指向性图,得到了横波垂直辐射指向性,并与实验结果进行了对比。实验所得声场指向性与理论计算结果符合较好,为该换能器的工程应用提供了理论依据。

关键词：辐射声场直探头横波压电复合材料指向性图声场指向性声场特性声场分布

回折线圈导线长度对表面波EMAT性能及缺陷检测的影响

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北京工业大学学报 2018年第5期44卷 665-671页

作者：邓鹏何存富吕炎刘增华焦敬品吴斌北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124

为了改善表面波电磁声传感器(electromagnetic acoustic transducer,EMAT)的激励及接收性能,并提高缺陷定量检测的准确性,试验研究了EMAT中回折线圈导线长度对传感器频率特性、所激励表面波声场指向性、衰减特性的影响.采用不同长度回... 详细信息

为了改善表面波电磁声传感器(electromagnetic acoustic transducer,EMAT)的激励及接收性能,并提高缺陷定量检测的准确性,试验研究了EMAT中回折线圈导线长度对传感器频率特性、所激励表面波声场指向性、衰减特性的影响.采用不同长度回折线圈对人工裂纹进行检测,得到了对应的反射和透射系数,分析了导线长度和裂纹长度相互关系对缺陷定量检测的影响.试验结果表明,表面波EMAT的频率特性与回折线圈导线长度无关,但其所激励表面波的声场指向性及衰减速率与导线长度密切相关,回折线圈导线长度越大,声束辐射半张角越小,表面波衰减越慢;作为接收传感器,回折线圈导线长度越大,EMAT检测时空间分辨率越低,但接收信号信噪比越高.导线长度小于裂纹长度时,才能得到准确的反射和透射系数.

关键词：表面波电磁声传感器导线长度声场指向性缺陷定量检测