使用d24的压电晶片在狭窄板波导中激发单模剪切水平 (0,1) 引导波
Zhenshun Wei1, Xiaokang Yin1, Hongyuan Zhang1
1National Engineering Research Center of Marine Geophysical Prospecting and Exploration and Development Equipment, China University of Petroleum (East), Qingdao 266580, China.
Ultrasonics
|May 14, 2025
概括
这项研究引入了一种选择压电超声波传感器参数的新方法,以在窄板波导 (NPW) 中产生单模剪切-水平 (SH) 引导波. 优化的传感器设计可确保高效,高纯度的SH{0,1) 波激发,用于诸如高温墙壁厚度监测等应用.
科学领域:
- 材料科学与工程 材料科学与工程
- 声学和超声波的研究.
- 波浪在结构中的传播.
背景情况:
- 压电超声波传感器对于激发剪切-水平 (SH) 引导波在窄板波导 (NPW) 中至关重要,用于高温墙壁厚度监测.
- SH{0,1) 模式的非分散性是监控的理想选择,但实现模态纯度和最佳的传感器-波导匹配是具有挑战性的.
- 当前的方法不准确地近似使用无限板分散曲线的NPW行为,损害了传感器激发参数选择.
研究的目的:
- 开发一种基于分散的方法,用于在NPW中使用面剪切PZT晶圆选择单模SH(0,1) 波生成的激发参数.
- 优化对称双面PZT晶圆传感器的设计,以实现高效的SH(0,1) 模式激发.
- 为NPW应用中传感器设计提供理论指导.
主要方法:
- 在NPW中使用Floquet周期边界条件对SH波的分散分析,与无限板 (PIW) 分散曲线进行比较.
- 基于NPW分散特征和SH(0,1) 模式形状的传感器设计优化方法的开发.
- 有限元 (FE) 模拟和实验验证,以评估传感器晶片长度与尺寸比的影响.
主要成果:
- 对于SH波的NPW切割频率随板宽而下降,并且与厚度无关,与PIW不同.
- 为SH{0,1) 模式生成确定最佳的传感器宽度和激发频率.
- 通过30毫米NPW的传感器晶圆长度为18-24毫米,实现最大化的激发纯度和信号对噪声比,以及传感器对NPW尺寸比为0.6-0.8.8.
结论:
- 开发的基于分散的方法准确地指导了在NPW中单模SH(0,1) 波生成的激发参数的选择.
- 优化的传感器尺寸和尺寸比率可确保高效,几乎不分散的单模SH(0,1) 波激发.
- 这些发现为推进高温墙壁厚度监测和其他使用导波的工程应用提供了重大潜力.
