用于結構損傷檢測的OPFC超聲相控線陣驅動理論及技術研究.pdf

1、用于聲/電轉換的超聲相控陣驅動器是超聲相控陣檢測系統(tǒng)的關鍵組成部分之一，通過延時控制，超聲相控陣驅動器具有自動聚焦和偏轉的能力，可以對被測結構進行多方位快速掃描。由于相控陣驅動器直接產生超聲波，因此它的結構形式及性能直接影響超聲相控陣檢測的性能和成像質量。針對復雜工程結構損傷特性及現有超聲相控陣檢測技術中驅動器存在的不足，在壓電正交異性機理研究基礎上，通過理論分析、數值仿真與實驗驗證研究了伸縮型壓電正交異性纖維復合材料(Orthotro

2、picpiezoelectricfibecomposite，OPFC)元件及相應的用于金屬結構和混凝土結構損傷檢測的OPFC超聲相控線陣換能器，拓展了復雜工程結構無損檢測新技術，為超聲相控檢測技術提供了理論和實驗指導。
　　 基于力-電耦合理論，構造了伸縮型振動的壓電正交異性纖維復合材料(OPFC)元件，系統(tǒng)地分析了各相材料特性、結構尺寸對OPFC驅動元件性能的影響規(guī)律，并對其驅動性能進行了測試分析。針對現有的超聲相控陣換能器應

3、用中單一PZT陣元力/電參數可設計性不足等原因，設計相應的用于金屬結構和混凝土結構損傷檢測的OPFC超聲相控線陣換能器，突顯出其驅動電壓低，有效地抵制了柵瓣對有效信號的干擾;結合聲場指向性分析，采用有限元法對金屬中聚焦聲場分布分析，研究不同參數變化時聚焦點處總位移的變化，得出最佳相控陣陣元間距、陣元寬度、陣元數等參數。
　　 研究了用于金屬結構和混凝土結構損傷檢測的OPFC驅動器的制備方法，對自行研制的叉指式OPFC元件進行了性

4、能測試，并與常規(guī)PZT元件性能進行了對比分析，得出用于金屬結構檢測的叉指型OPFC具有低聲阻抗和高機電耦合系數，而用于混凝土結構檢測的OPFC超聲驅動器的得靈敏度和帶寬比傳統(tǒng)換能器分別提高了3.9dB和27.21％。
　　 為有效克服材料阻尼對超聲波傳播過程的衰減，基于現場可編程門陣列(FPGA)的高集成度、高運行速度和可編程的特性，研制了16通道的相控延時和可控強度聚焦偏轉發(fā)射/接收裝置，實現了任意波形信號的直接數字合成，對O