應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、隨著信號處理不斷發(fā)展，勢必要求從換能器獲取越來越多的信息量，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、高時域分辨率、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，本文通過研究壓電材料的表征、結構、性能等方面出發(fā)，分析壓電材料的表征和制備對增寬頻帶寬度、機械輸

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型壓電復合材料的加工制備以及換能器的設計和特性研究提供理論依據。
　　一方面，本文實現了精確表征高損耗壓電材料介電、壓電、彈性等參數及其損耗特性。針對壓電材料參數的精確表征問題，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的新型表征方法。運用該新型表征方法對純厚度振動模式

3、下的典型的高損耗偏鈮酸鉛壓電陶瓷材料和1-3型壓電復合材料樣品的材料特性進行參數優(yōu)化，樣品電子阻抗共振特性的理論優(yōu)化結果與實際測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。
　　另一方面，為實現增寬超聲換能器的頻帶，本文從壓電元件結構-性能的優(yōu)化入手，實現精確地優(yōu)化表征電復合材料參數及其損耗特性的同時，研究并分析了壓電復合材料壓電相體積分數、寬厚比對復合材料的機電耦合系數、聲阻抗、壓電性能、介電性能、彈性性能、