基于三阶等效电路模型的超声换能器测量系统的研究

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随着科学技术的不断发展,超声波检测技术在医疗健康、工业检测、交通运输、能源安全等领域有着越来越广泛的应用。超声换能器作为超声波检测设备等应用超声技术设备的关键器件,其地位十分重要,因为超声换能器性能指标的质量直接决定了整个超声设备性能的好坏,而传统的测量超声换能器等无源器件性能指标的技术方法存在着一定的局限性。本文以超声换能器在工程应用中的性能指标测量为研究背景,针对传统测量技术方法的不足,研究实现高效地无线联合测量超声换能器等无源器件的阻抗特性和频率特性这两个关键性能指标,建立分类测试算法模型,提出并搭建一套基于分类可选测试电路的无线测量超声换能器等无源器件性能指标的系统,通过实验验证所提方法的可行性,这将对超声换能器的匹配电路设计和指导超声设备进行更高效的工作等方面有着重要的意义。本文完成的主要研究工作和创新点有以下三个方面:1.阐述并总结常见且经典的阻抗测量技术方法和频率特性测量技术方法,并进行优缺点分析,同时介绍两者的重点研究方向,提出并设计一套基于分类可选测试电路的无线测量超声换能器等无源器件性能指标的系统,介绍系统的硬件和软件相关工作,阐述系统的总体测量步骤。2.建立分类测试算法模型,把分类可选测试电路看作信道,利用信号处理等方法得到被测电路的频率特性函数及被测无源器件的参数,分类测试指根据被测无源器件特性切换不同特性及参数的信号输出支路进行测量。3.对单个元件进行仿真和实物测量,测量结果的平均误差小于1.5%,验证了所述算法的准确性和分类测试的必要性。把超声换能器等效成三阶的组合电路模型并对三阶组合电路进行仿真和实物测量,最后对常用的压电超声换能器进行实物测量,测量结果的平均误差小于3%,良好的实验结果验证了本文所述方法的可行性和应用价值。
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