焊接精密度0.01mm

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频散类聚合物声学性能(二)

来源: | 发布日期:2022-08-11

        在1.5~3MHz的频率范围内,通过实验数据计算得到的超声波传播速度和衰减结果如图9-25所示。可以看出,衰减随频率增加呈指数规律变化,而速度则与频率呈准线性分布。表9-3列出了由实验数据所得到的PMMA和PP材料的声速和衰减的拟合结果。


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图9-25  PMMA和PP的速度和衰减的频谱图


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表9-3  PMMA和PP材料的声速和衰减的拟合结果


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        下面通过比较压电元件电阻的模拟结果与实验测量值来验证模型的有效性。首先研究的结构是夹在两块不同厚度的PMMA板(分别为5.95mm和18.64mm)之间的PZT5陶瓷片。利用HP 4194A阻抗仪进行电阻测量。图9-26给出了电阻与频率之间的相关关系。对于第二种结构也得到了类似结果,如图9-27所示。这种结构是将压电元件夹在厚度为3.96mm的PP板和厚度为2.17mm的PMMA板之间形成的。

        由图9-26、图9-27可知,对于不同材质且厚度各异的结构,电阻与频率之间关系的模拟值与实验测量值吻合得非常好。厚度有限的环绕层能干扰主动元件自由振动状态的衰减,这种现象能够用于解释电阻频谱图上所观察到的调幅现象。频谱图中峰值频率的位置与夹持材料的厚度以及在其中传播的声波速度密切相关。其振幅直接取决于超声波的衰减和材料的厚度。


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图9-26  电阻的频谱特性(压电陶瓷片夹在两块厚度分别为

5.95mm和18.64mm的PMMA板之间)



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图9-27  电阻的频谱特性(压电陶瓷片夹在厚度为

2.17mm的PMMA板和厚度为3.96mm的PP板之间)


        经过上述实验验证,下面通过电阻测量利用上述模型来确定其周围介质的声学性能。

        压电元件的性能见表9-2,要表征的环绕介质一边为3.04mm厚的PMMA层,另一边为2.28mm厚的PA层(半晶态聚合物),所测得的电阻如图9-28所示。


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图9-28  实验测得的夹在厚度为3.04mm的PMMA层

和厚度为2.28mm的PA层之间压电陶瓷片的电阻频谱


        通过运用优化法则,确定了1.5~3MHz频率范围内超声波的速度和衰减的频散规律,将其与经典的超声波频谱法所得到的结果相比较,可以发现它们之间吻合得很好,如图9-29所示。表明本研究构建的模型的正确性。值得指出的是,这种方法适合很多种由吸收介质所组成的层结构,而这些结构在工程应用中广泛存在,并且这种方法已经用于聚合物基材料的在线监测。


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图9-29  植入元件法和频谱法结果的比较:PMMA和PP的速度和衰减


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