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换能器的阻抗匹配设计

1引言发射型或发射接收型换能器同发射机的匹配,主要解决两个问题;()调谐,使电激励源的频率等于换能器的谐振频率.(2)变阻,使换能器输出阻技等于激励源内阻,以便最有效地将电能转换成声能.换能器阻抗匹配设计在许多文章和专著中均有论述,皆采用两种方式.一种是电感的串联或并联调谐,这里不赘述;另一种是变压器式,令换能器的阻扰与激励源的内阻之比为变压器的初次级电感之比,本文从基本的电学原理,推导出了变压器精确的阻抗变换关系和换能器阻抗匹配较理想的设计方法.2变压器阻抗变换关系在某一工作频率下,没变压器初级电感为L;,初级由磁蕊材料和绕线等造成的损耗为民则及一几十周久.设变压器次级电感为,x。,次级由磁蕊材料和绕线等造成的损耗为儿,则Z。一只J-jcoL。设变压器的互耦损耗为R。,互耦电感为L。,则Z。一R。+jcoL。图1为变压器示意图.图中11、IZ分别为通过变压器初次级的电流,。1、。。2分别为变压器初次级两端的电压;设Z。为变压器...  (本文共4页) 阅读全文>>

中国科学技术大学
中国科学技术大学

宽带超声换能器电阻抗匹配网络设计研究

超声技术近些年来由于其具有无损检测,在某些媒介中衰减速度慢等特性,正愈来愈引起人们的重视并且已经在能源,医疗,军事,通讯等各个行业得到应用。随着超声技术的飞速发展和实际中不断增长的技术需求,宽带超声技术具有非常广阔的前景。一般来说,超声设备由发射系统,换能器或换能器阵列,信号采集系统和信号处理系统等几个组成部分。作为发射系统和接收系统中的重要组成部分,阻抗匹配网络是换能器和电子学模块连接的桥梁。在发射系统中,阻抗匹配网络的目的是提高信号源传输给换能器的有效功率,避免过大的反射波可能对激励源造成的损坏,降低带宽内声源级的起伏程度。在接收系统中,阻抗匹配网络除了防止信号反射外还可以避免采集的电信号变形。早期的超声设备中,换能器往往工作于单一频率,工作带宽窄,阻抗匹配网络原理和计算都比较直观,匹配网络的拓扑结构也只需要很少的元件即可。随着超声技术的飞速发展,超声设备也越来越复杂,很多应用往往生成频带很宽甚至多个频带的超声波,这种情况下...  (本文共127页) 本文目录 | 阅读全文>>

《辽东学院学报(自然科学版)》2015年01期
辽东学院学报(自然科学版)

压电换能器驱动电路的设计

由于超声波几乎不受光线、粉尘、烟雾、电磁干扰和有毒气体的影响,可以通过气体、液体和固体进行传播,所以目前在工业生产及其民用领域的应用越来越广泛,例如超声测距、超声波清洗以及医疗超声检测等,压电换能器作为声能和电能的转换器件,其工作效率直接影响整个超声波测量系统的性能。而压电换能器驱动电路的设计,涉及阻抗匹配、脉冲变压器设计[1]及谐振变压器的相关内容,既要有一定的理论基础,又需要实践经验的一门技术,给广大的研发人员的设计,带来一定的困难。目前国内压电换能器的驱动电路,主要采用两种设计方法:一是直接驱动:采用固定频率,通过触发大功率半导体开关器件,如场效应管、可控硅,直接驱动压电换能器工作,换能器由电源电压直接供电。如文献[2]电路;优点是电路简单,缺点是工作效率低,受到供电电压限制,无法驱动大功率器件。二是推挽电路驱动:采用固定频率的双极性脉冲,驱动推挽变压器工作,推挽变压器次级与压电换能器并联,采用电容、电感进行阻抗匹配,如文...  (本文共4页) 阅读全文>>

北京交通大学
北京交通大学

基于动态阻抗匹配的超声电源设计与研究

随着电力电子技术的发展,超声技术在加工、清洗、医疗等领域都发挥了重要作用。而超声电源作为超声应用中的关键技术,其阻抗匹配一直是研究的重点。传统的超声电源多用静态阻抗匹配,使得超声电源在谐振频率漂移时无法及时调整匹配网络参数,从而带来效率降低、换能器停震等不良后果。本文在此基础上提出了动态匹配的概念,并以STM32为主控制器设计了智能超声电源实验平台。主要研究内容如下:(1)分析了超声波换能器的阻抗特性,对比了串联匹配和并联匹配两种匹配方式下的匹配网络参数区别,并进行了MATLAB仿真。针对传统的静态匹配存在的问题提出了两种动态匹配方法:动态调整匹配电感参数法和频率自动跟踪法,在进行了原理对比之后选用了后者作为此次超声电源的动态匹配方案。(2)设计了超声电源的硬件主体方案,将系统划分为多个子模块进行分析。在调压整流模块中应用了晶闸管调压技术实现了直流母线电压可调,保证了输出功率的可变性:在高频逆变模块中使用了半桥拓扑结构实现从直流...  (本文共94页) 本文目录 | 阅读全文>>

湖北工业大学
湖北工业大学

电磁超声换能器多场耦合分析及实验研究

电磁超声技术是当前无损检测技术领域的研究热点和发展前沿。然而,由于电-磁-力-声多场耦合的复杂性、材料磁致伸缩效应的非线性以及有限元分析工具及计算方法的局限性,使得电磁超声传感器的换能机理研究和结构优化一直缺乏有效的方法。为此,本学位论文基于磁致伸缩材料本构方程,研究了电磁超声换能器多场耦合数值计算方法,仿真并实验分析了电磁超声传感器换能效率的影响因素及其相互作用规律。首先,分析了电磁超声检测中存在的多场耦合机制,介绍了电磁超声换能器建模过程中的基本物理方程及力-磁耦合过程,推导了不同换能器结构下的材料逆压磁矩阵,探讨了电、磁、力、声多物理场耦合的有限元计算方法。其次,基于钢板电磁超声检测传感器的结构模型,仿真研究了电磁超声的激励、传播和接收过程,并进行了实验对比验证。在此基础上,分析了电磁超声换能器中偏置永磁体几何尺寸对钢板中磁致伸缩振幅、磁吸附力大小的影响规律。再次,分析了电磁超声换能器中高频线圈激励电流的幅值、频率和脉冲个...  (本文共77页) 本文目录 | 阅读全文>>

太原理工大学
太原理工大学

易燃易爆环境下本质安全型超声波测距系统研究

超声波是一种空间指向性强、能量消耗慢的弹性波,其在介质中传播距离较远,因而超声波测距技术应用较为广泛,如倒车雷达、机器人避障、物位检测、水位测量等。但在多煤尘及多燃爆气体的煤矿环境中,现有的超声波测距系统由于驱动回路中含有中周变压器附带的大容量储能元件不符合本质安全要求而受到限制。为此针对易燃易爆环境下超声测距系统的本安化研究已逐步展开,常采用无中周变压器的设计思路来设计本质安全超声测距系统。传统的中周驱动方法的核心有两点。第一点是升压。升压是为了保证换能器的驱动电压较高,使得系统更为稳定地测出较远距离。第二点是阻抗匹配。中周驱动可以实现变压器次级线圈与换能器的阻抗匹配,从而使得换能系统的能量转换效率提高。易燃易爆环境下本质安全型超声波测距系统研究主要分为超声测距驱动的研究和超声驱动换能器阻抗匹配的研究,因此首先对本质安全电路的设计理论进行了阐述,介绍了本质安全电路的设计要求、易燃易爆环境下的放电火花能量、本质安全电路的保护方法...  (本文共95页) 本文目录 | 阅读全文>>