應(yīng)用于高性能超聲換能器的新型壓電材料的優(yōu)化研究.pdf

1、隨著信號(hào)處理不斷發(fā)展，勢(shì)必要求從換能器獲取越來(lái)越多的信息量，而通常水聲換能器的Qm值較高，頻率帶寬較窄，在聲信號(hào)的接收和發(fā)射中，工作頻率范圍有限，難以提供較多的信息量，因此寬頻帶換能器的要求越來(lái)越重要。本文研究的目的是制備一種新型的便于傳送窄脈沖信號(hào)、高時(shí)域分辨率、系統(tǒng)Qm值低、低聲阻抗的寬頻帶壓電超聲換能器，即研究如何增寬換能器的頻帶寬度，本文通過(guò)研究壓電材料的表征、結(jié)構(gòu)、性能等方面出發(fā)，分析壓電材料的表征和制備對(duì)增寬頻帶寬度、機(jī)械輸

2、出、電子阻抗的影響，并優(yōu)化得到最佳的材料制備比例以及精確地表征方法，為1-3型壓電復(fù)合材料的加工制備以及換能器的設(shè)計(jì)和特性研究提供理論依據(jù)。
　　一方面，本文實(shí)現(xiàn)了精確表征高損耗壓電材料介電、壓電、彈性等參數(shù)及其損耗特性。針對(duì)壓電材料參數(shù)的精確表征問(wèn)題，本文基于模擬退火（Simulated Annealing, SA）優(yōu)化算法和最小二乘思想,提出了一種包含材料損耗特性的壓電材料參數(shù)的新型表征方法。運(yùn)用該新型表征方法對(duì)純厚度振動(dòng)模式

3、下的典型的高損耗偏鈮酸鉛壓電陶瓷材料和1-3型壓電復(fù)合材料樣品的材料特性進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，樣品電子阻抗共振特性的理論優(yōu)化結(jié)果與實(shí)際測(cè)量值精確擬合表明該方法能夠精確地表征具有損耗特性的壓電材料參數(shù)。
　　另一方面，為實(shí)現(xiàn)增寬超聲換能器的頻帶，本文從壓電元件結(jié)構(gòu)-性能的優(yōu)化入手，實(shí)現(xiàn)精確地優(yōu)化表征電復(fù)合材料參數(shù)及其損耗特性的同時(shí)，研究并分析了壓電復(fù)合材料壓電相體積分?jǐn)?shù)、寬厚比對(duì)復(fù)合材料的機(jī)電耦合系數(shù)、聲阻抗、壓電性能、介電性能、彈性性能、