新型热释电传感器的研制及其在声功率测量中的应用研究

来源 :中国计量大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:zhenglognhai
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声功率是用以评定超声换能器输出声能的关键性指标,其测量的准确性将与超声设备的有效性和安全性相关联。然而,在国际标准声功率测量方法中,普遍存在测量时间长、成本高、测量精度低等问题。鉴于此,本文将新型热释电传感器引入至声学测量领域,着重研制了新型热释电传感器,并将其应用于声功率测量中。本文主要针对聚偏氟乙烯(PVDF)新型热释电传感器声功率测量机理进行研究,基于PVDF的热释电效应及传感器内声传播特性,建立了理论模型。通过模型计算推导传感器应用于声功率测量时的能量转换,并给出了声功率与热释电电压之间的理论方程。利用有限元分析软件建立了声功率测量的物理模型,仿真计算了传感器内部声场及温升状态,并计算了传感器输出电信号波形及幅值。同时利用仿真程序对背衬参数及声源设置进行了具体研究,为制备高灵敏度传感器提供理论依据。根据仿真结果自制了传感器,并搭建实验测试系统,对传感器声敏特性进行测量并对传感器灵敏度等性能参数进行了标定。为进一步将热释电传感器应用于声功率测量,规范了实验测量装置及测试硬件,应用标定好的传感器进行声功率测量实验,且与水听器扫查声场法进行对比。同时为评定测量结果的准确性,对传感器声功率测量过程中的误差来源进行了分析,同时计算了A、B类测量不确定度,最终计算合成不确定度。论文研究表明,将新型热释电传感器应用于声功率测量中不仅理论可行,而且建立的仿真模型准确可靠。同时通过实验对比水听器扫查声场法说明该自制传感器稳定可靠且应用热释电传感器测量声功率的方法快速可行。
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