叉指換能器(Interdigital Transducer,IDT)是通過壓電效應(yīng)來實現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換的聲表面波(Surface Acoustic Wave,SAW)器件,其可實現(xiàn)導(dǎo)波信號的傳遞和截取,早期主要用于SAW的濾波、延時、疊加等信號處理。近年來,由于具有可以設(shè)計聲同步頻率、頻帶寬度可調(diào)、插入損耗低等特點,IDT已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于大型工程的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(Structural Health Monitoring,SHM)系統(tǒng)中,其中,最為常見的就是基于超聲蘭姆波的矩形IDT,它能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍、快速檢測,因此在板狀結(jié)構(gòu)的損傷檢測中得到廣泛應(yīng)用。本文針對現(xiàn)有IDT結(jié)構(gòu)帶寬窄、信號發(fā)射與接收方向單一,難以附著于復(fù)雜結(jié)構(gòu)表面等不足,研究一種基于介電彈性體(Dielectric Elastomer,DE)的變間距環(huán)形柔性IDT,具有頻帶寬、全方位信號采集的功能。通過有限元數(shù)值計算對聚偏二氟乙烯(Polyvinylidene Fluoride,PVDF)基底及DE基底的全方位柔性IDT進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計,并優(yōu)選出適應(yīng)于全方位柔性IDT的3D打印精密加工方法。最后對兩種IDT進行了性能測試及結(jié)構(gòu)健康...

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 基于導(dǎo)波的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)概述
        1.2.1 用于板結(jié)構(gòu)無損檢測技術(shù)概述
        1.2.2 基于導(dǎo)波的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)
    1.3 發(fā)展現(xiàn)狀
        1.3.1 叉指換能器概述
        1.3.2 叉指換能器基底材料的發(fā)展現(xiàn)狀
    1.4 論文主要工作
第二章 叉指換能器工作機理和基本理論
    2.1 IDT基底材料概述
        2.1.1 壓電效應(yīng)及其表達式
        2.1.2 壓電材料的壓電方程
        2.1.3 DE材料的本構(gòu)關(guān)系
    2.2 IDT工作原理與基本特性
        2.2.1 IDT基本參數(shù)
        2.2.2 IDT工作原理
        2.2.3 IDT基本特性
    2.3 IDT頻率響應(yīng)分析
        2.3.1 均勻IDT頻率響應(yīng)分析
        2.3.2 變間距IDT頻率響應(yīng)分析
    2.4 本章小結(jié)
第三章 環(huán)形IDT結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計
    3.1 各向同性自由板中的超聲Lamb波特性
        3.1.1 超聲Lamb波波動方程
        3.1.2 超聲Lamb波頻散曲線
        3.1.3 基于Lamb波相速度頻散曲線的IDT設(shè)計方法
    3.2 PVDF基環(huán)形柔性IDT結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計
        3.2.1 PVDF基環(huán)形柔性IDT有限元模型
        3.2.2 PVDF基環(huán)形柔性IDT仿真結(jié)果分析
    3.3 全方位柔性DE-IDT結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計
        3.3.1 DE-IDT有限元模型
        3.3.2 DE-IDT仿真結(jié)果分析
    3.4 本章小結(jié)
第四章 環(huán)形柔性IDT的制備與實驗
    4.1 環(huán)形IDT加工工藝
        4.1.1 絲網(wǎng)印刷工藝制作環(huán)形IDT
        4.1.2 電場驅(qū)動噴射沉積3D打印工藝制作環(huán)形IDT
    4.2 環(huán)形柔性IDT性能測試
        4.2.1 驅(qū)動性能測試
        4.2.2 傳感性能測試
    4.3 基于全方位柔性IDT的結(jié)構(gòu)損傷檢測
    4.4 本章小結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
    5.1 全文總結(jié)
    5.2 下一步研究工作展望
參考文獻
致謝
攻讀碩士期間主要成果



本文編號：4002427