专利名称：一种低频单模态兰姆波换能器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种低频单模态兰姆波换能器，用于板结构中低频单一 AO模态兰姆波激励接收，进而实现板结构大范围缺陷检测，属于无损检测技术领域。
技术背景板结构缺陷检测中，经常使用压电换能器激励接收兰姆波，以实现缺陷的检测及定位。但是兰姆波具有多模态性，即存在多个群速度不同的模态，包括对称各阶模态S0、S1 等，反对称各阶模态A0、A1等。通常压电换能器作激励时，接收回波的多模态性会影响缺陷回波的辨认，影响检测的准确性。因此如果能够实现板中兰姆波单一模态的激励，可以很大程度上提高检测效率。当激励换能器工作在Al模态截止频率下的范围内(约IOOkHz以下)，沿垂直于板的方向振动，并且波长远大于换能器直径时，除AO模态外，其他模态不能被激励或能量很小，这时可认为只激励AO模态兰姆波。普通压电片的工作频率位往往高于这个范围，压电片的中心频率与压电片的材料与尺寸有关，例如，直径5mm，厚度2mm，厚度方向振动的 PZT-5H压电片中心频率为1MHz。如果要使压电片中心频率为100kHz，压电片的厚度要达到 20mm。显然，通过增加压电片的厚度降低中心频率在实际操作中是不可行的
实用新型内容
本实用新型提出的低频单模态兰姆波换能器，在不改变压电片尺寸的情况下，降低中心频率，实现低频单一 AO模态兰姆波换能器设计。一种低频单模态兰姆波换能器，如图1所述，包括压电片2、换能器正极引线4、换能器负极引线5。在压电片的上下面粘接背衬1与前衬3。换能器的正极引线4、换能器负极引线5分别从压电片的正负极引出，与换能器的背衬1和前衬3分别相连。背衬使用黄铜材料，前衬使用Si02泡沫材料。背衬1、压电片2和前衬3之间通过环氧树脂胶粘接。本实用新型所述的低频单模态兰姆波换能器，通过粘贴了背衬和前衬，降低了压电片的中心频率，可以工作在较低的频率范围内(约IOOkHz以下)，并且激励出单一的AO 模态兰姆波。

图1 低频单模态兰姆波换能器示意图图2:实验测量系统简图图3 实验位移-频率响应曲线图4 由换能器做激励接收得到的信号图图5 由压电片做激励接收得到的信号图图中1、换能器背衬，2、压电片，3、换能器前衬，4、换能器正极引线，5、换能器负极引线，6、被检测板结构，7、激励换能器，8、接收换能器，9、信号激励装置，10、信号接收装置具体实施方式
以下结合本实用新型的内容提供以下实施例一种低频单模态兰姆波换能器，如图1所述，包括压电片2、换能器正极引线4、换能器负极引线5。在压电片的上下面粘接背衬1与前衬3。换能器的正极引线4、换能器负极引线5分别从压电片的正负极引出，与换能器的背衬1和前衬3分别相连。压电片2采用直径6mm，厚度Imm的PZT-5H压电片，背衬1为6mm厚黄铜，前衬为2mm厚Si02泡沫。背衬1、压电片2和前衬3之间通过环氧树脂胶粘接，并且将换能器用环氧树脂粘贴在被检测板结构6上。通过加载不同频率的激励信号在板中激励兰姆波，分析换能器的中心频率，并与相同规格的压电片对比在板中激励兰姆波的模态性。1.用直径6mm，厚度Imm的PZT-5H压电片粘贴6mm厚黄铜背衬和2mm厚SW2泡沫前衬，从压电片的正负极引出换能器的正极与换能器的负极，做成换能器。2.在一块3mm厚的铝板上相距450mm处，用环氧树脂粘贴两个上述的换能器，分别用作激励换能器7和接收换能器8。3.由HS3激励接收虚拟仪器设备作为信号激励装置9，激励信号为汉宁窗调制的五个周期的正弦波，峰峰值为MV，把用作激励换能器7的正负极与激励源信号输出通道相连，示波器作为信号接收装置10与用作接收的换能器的正负极相连以采集信号，测量系统如图2。4.信号的频率由10k_200k，间隔IOk变化，每一个频率下，采集一个接收信号，共采集20个信号，根据换能器间距及各模态波传播速度，判断每个信号中的直达AO模态，取峰峰值，得到峰峰值与频率的对应关系。5.把峰峰值-频率数据用曲线表示出来，得到幅值随频率变化的曲线图，如图3， 由图中可以看出换能器的中心频率在90kHz左右。6.取90kHz频率激励的接收信号，如图4所示，90kHz的AO模态波速为2533m/s， SO模态波速为M21m/s，由传播距离和时间可以计算出第一个直达波为AO模态。而只用压电片做激励接收时的波形图如图5所示，可以计算出第一个直达波为SO模态。由上可以看出所设计的换能器满足设计要求。
权利要求1.一种低频单模态兰姆波换能器，包括压电片O)、换能器正极引线G)、换能器负极引线(5)；其特征在于在压电片的上下面粘接背衬(1)与前衬(3)；换能器的正极引线 G)、换能器负极引线(5)分别从压电片的正负极引出，与换能器的背衬⑴和前衬(3)分别相连。
2.根据权利要求1所述的一种低频单模态兰姆波换能器，其特征在于背衬使用黄铜材料，前衬使用Si02泡沫材料。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的一种低频单模态兰姆波换能器，其特征在于 背衬(1)、压电片( 和前衬C3)之间通过环氧树脂胶粘接。
专利摘要一种低频单模态兰姆波换能器，用于板结构中低频单一A0模态兰姆波激励接收，进而实现板结构大范围缺陷检测，属于无损检测技术领域。本实用新型包括压电片2、换能器正极引线4、换能器负极引线5。在压电片的上下面粘接背衬1与前衬3。换能器的正极引线4、换能器负极引线5分别从压电片的正负极引出，与换能器的背衬1和前衬3分别相连。本实用新型所述的低频单模态兰姆波换能器，通过粘贴了背衬和前衬，降低了压电片的中心频率，可以工作在较低的频率范围内，并且激励出单一的A0模态兰姆波。
文档编号G01N29/34GK202052686SQ20112007825
公开日2011年11月30日 申请日期2011年3月23日 优先权日2011年3月23日
发明者何存富, 吴斌, 宋国荣, 张永强, 焦敬品 申请人:北京工业大学