用于结构损伤检测的宽频带TIDT结构优化设计
发布时间：2021-08-17 20:50
叉指换能器（Interdigital Transducer,IDT）可通过压电效应来实现电声转换,最早应用于声表面波（Surface Acoustic Wave）器件中。近年来,IDT由于工作频率可以设计、成本低、频带可调、损耗低等特点逐步应用于结构健康监测（Structural Health Monitoring,SHM）系统中。其中,最常见的就是形成超声Lamb波IDT,能够快速实现大范围检测,并且在板状结构的损伤检测中得到实际应用。目前最常见的应用于特定频率板结构损伤检测的是矩形IDT,其叉指间距决定了IDT的频率特性。当应用于不同被测结构时需要重新设计不同几何尺寸的矩形IDT,且只能发射和接收特定频率的有效信号,因此,改善现有矩形IDT的性能对于结构损伤检测至关重要。本文针对现有矩形IDT的带宽窄的不足,提出研究宽频带梯形叉指换能器（Trapezoidal Interdigital Transducer,TIDT）,采用有限元分析方法对TIDT的尺寸进行结构优化设计,并对设计的TIDT进行性能测试,研究了TIDT用于结构损伤检测初步应用。本文主要研究内容分为以下四个部分:（1）...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
IDT工作原理
1 212 22 1122u uS dx x + 2 1 2 3 E + 0 E + 0 E式写成更简洁的矩形形式为：11 22 3122 22 31133 33223 15313 1512 22000 00 00 02 0 0S d dS d dES dES dES dS d 中，压电基片沿1x ,2x ,3x 方向的质点位移分量分别表示为1u ,2u, , 方向的场分量分别为1E ,2E ,3E ，质点的弹性应变量 S ,22S ,33S ,23S ,13S ,12S 。由式（2.2）和式（2.3）可知，外加电场（在发沿 、2x 、3x 三个方向的质点位移和应变。
如图 2.4 所示。图2.4（b）表示对于无限长的 IDT，其表面电势s 是连续的，并且呈现周期性的近似正弦分布，而图 2.4（c）表示表面电荷密度s 和表面电场切向分量1E 均在叉指电极边缘处变化剧烈，而在电极间变化几乎可以忽略不计，则s 、1E 为零，则其具有近似离散分布的特点。对于有限长的 IDT，在电极边端其静电场量会逐渐衰减，因此也破坏了 IDT 场源分布的周期性，如图 2.4 中虚线所示，这类现象称作边端效应[52]。图 2.4 在直流电压 Vt下均匀 IDT 在压电介质表面的静电空间分布图Fig.2.4 Static space distr
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于激光测振仪的薄钢板损伤无损检测方法[J]. 姚晨,陈海卫,李丽霞. 无损检测. 2017(02)
[2]超宽带声表面波滤波器的设计[J]. 陈景,韩韬,吉小军,唐供宾,张巧珍. 压电与声光. 2016(03)
[3]SAW器件叉指换能器δ函数模型的改进[J]. 王代强,陈雨青,徐稀嫔,刘桥. 电子元件与材料. 2010(09)
[4]FOULING DETECTION IN FOOD VESSELS USING INTERDIGITAL LAMB WAVE TRANSDUCER[J]. JIAO Jingpin GE Haiyan WU Bin HE Cunfu College of Mechanical Engineering and Applied Electronic Technology, Beijing University of Technology, Beijing 100022, China. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2007(01)
[5]压电材料的结构及其性能研究[J]. 靳洪允. 陶瓷科学与艺术. 2005(03)
[6]中国声发射检测技术进展——学会成立25周年纪念[J]. 沈功田,戴光,刘时风. 无损检测. 2003(06)
[7]声发射源定位技术[J]. 沈功田,耿荣生,刘时风. 无损检测. 2002(03)
[8]我国声表面波技术三十年回顾与展望[J]. 母开明. 世界电子元器件. 2001(05)
[9]丝网印刷技术[J]. 梁繁荣. 农村新技术. 1999(11)
[10]压电陶瓷基本特性研究[J]. 张涛,孙立宁,蔡鹤皋. 光学精密工程. 1998(05)
硕士论文
[1]射频声表面波梯形滤波器的研制[D]. 黄华.电子科技大学 2011
[2]梯形声表面波滤波器设计[D]. 朱琳.天津大学 2010
本文编号：3348471
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
IDT工作原理
1 212 22 1122u uS dx x + 2 1 2 3 E + 0 E + 0 E式写成更简洁的矩形形式为：11 22 3122 22 31133 33223 15313 1512 22000 00 00 02 0 0S d dS d dES dES dES dS d 中，压电基片沿1x ,2x ,3x 方向的质点位移分量分别表示为1u ,2u, , 方向的场分量分别为1E ,2E ,3E ，质点的弹性应变量 S ,22S ,33S ,23S ,13S ,12S 。由式（2.2）和式（2.3）可知，外加电场（在发沿 、2x 、3x 三个方向的质点位移和应变。
如图 2.4 所示。图2.4（b）表示对于无限长的 IDT，其表面电势s 是连续的，并且呈现周期性的近似正弦分布，而图 2.4（c）表示表面电荷密度s 和表面电场切向分量1E 均在叉指电极边缘处变化剧烈，而在电极间变化几乎可以忽略不计，则s 、1E 为零，则其具有近似离散分布的特点。对于有限长的 IDT，在电极边端其静电场量会逐渐衰减，因此也破坏了 IDT 场源分布的周期性，如图 2.4 中虚线所示，这类现象称作边端效应[52]。图 2.4 在直流电压 Vt下均匀 IDT 在压电介质表面的静电空间分布图Fig.2.4 Static space distr
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于激光测振仪的薄钢板损伤无损检测方法[J]. 姚晨,陈海卫,李丽霞. 无损检测. 2017(02)
[2]超宽带声表面波滤波器的设计[J]. 陈景,韩韬,吉小军,唐供宾,张巧珍. 压电与声光. 2016(03)
[3]SAW器件叉指换能器δ函数模型的改进[J]. 王代强,陈雨青,徐稀嫔,刘桥. 电子元件与材料. 2010(09)
[4]FOULING DETECTION IN FOOD VESSELS USING INTERDIGITAL LAMB WAVE TRANSDUCER[J]. JIAO Jingpin GE Haiyan WU Bin HE Cunfu College of Mechanical Engineering and Applied Electronic Technology, Beijing University of Technology, Beijing 100022, China. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2007(01)
[5]压电材料的结构及其性能研究[J]. 靳洪允. 陶瓷科学与艺术. 2005(03)
[6]中国声发射检测技术进展——学会成立25周年纪念[J]. 沈功田,戴光,刘时风. 无损检测. 2003(06)
[7]声发射源定位技术[J]. 沈功田,耿荣生,刘时风. 无损检测. 2002(03)
[8]我国声表面波技术三十年回顾与展望[J]. 母开明. 世界电子元器件. 2001(05)
[9]丝网印刷技术[J]. 梁繁荣. 农村新技术. 1999(11)
[10]压电陶瓷基本特性研究[J]. 张涛,孙立宁,蔡鹤皋. 光学精密工程. 1998(05)
硕士论文
[1]射频声表面波梯形滤波器的研制[D]. 黄华.电子科技大学 2011
[2]梯形声表面波滤波器设计[D]. 朱琳.天津大学 2010
本文编号：3348471
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/gongchengguanli/3348471.html
