広帯域高分子超音波トランスデュ-サを用いた衝撃波スペクトル計測システムの開発

宽带聚合物超声换能器冲击波谱测量系统的研制

基本信息

批准号：
02252205
负责人：
小山清人
金额：
$ 1.6万
依托单位：
Yamagata University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
1990
资助国家：
日本
起止时间：
1990 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、衝撃波スペクトル計測システムに必要である広帯域超音波センサを作製し、その広帯域超音波センサ中心とする計測システムによって、有限振幅を有する非線形超音波(弱い衝撃波)の周波数スペクトルを同時に計測する基礎的検討を行った。その主な研究成果は以下の通りである。1.強誘電性高分子であるフッ化ビニリデンー三フッ化エチレン共重合体(P(VDFーTrFE))をスピンコ-ト法、溶液キャスト法によって薄膜に成膜し、熱処理、電極処理および分極処理を施すことによって超音波トランスデュ-サを作製した。作製した超音波トランスデュ-サは最大158MHzの共振周波数で送信可能であり、65dbの範囲で5MHz〜100MHzまでの広帯域受信特性を有することが確認された。また、共振周波数10MHz、70dBの範囲で500KHz〜80MHzの送受信特性を有する超音波トランスデュ-サを安定的に作製する技術を確立した。2.上記1. によって作製した超音波トランスデュ-サをセンサに用いて、有限振幅を有する非線形超音波の周波数スペクトルを1つのセンサによって同時に計測するシステムを構築した。また、このシステムを用いて、水、メタノ-ル、高分子液晶で知られるヒドロキシプロピルセルロ-ス水溶液等の媒体を伝搬する非線形超音波の周波数スペクトルを直接観察した。特に、メタノ-ル媒体では、70dB、20MHzまでの範囲で基本波(2.42MHz)および8次までの高次高調波の周波数スペクトルを直接観察することができた。さらに、直接観察した非線形超音波の周波数スぺクトルから、前述した各媒体の超音波非線形パラメ-タB/Aを算出した。以上のように、100MHz帯域の超音波センサを作製し、その広帯域超音波センサによって弱い衝撃波の周波数スペクトルを1つのセンサで同時に計測できるシステムを構築することができた。

在本研究中，我们将制造冲击波频谱测量系统所需的宽带超声波传感器，并使用以宽带超声波传感器A为中心的测量系统同时测量有限振幅的非线性超声波（弱冲击波）的频谱。进行了基础研究。主要研究成果如下。 1.通过旋涂或溶液流延将铁电聚合物偏二氟乙烯-三氟乙烯共聚物（P(VDF-TrFE)）形成薄膜，然后进行热处理、电极处理和极化处理，制成超声波换能器。通过应用这种方法。经证实，所制作的超声波换能器能够以158MHz的最大谐振频率进行发射，并且在65db范围内具有从5MHz到100MHz的宽带接收特性。我们还建立了一种稳定制造超声波换能器的技术，该换能器的谐振频率为 10 MHz，发射/接收特性为 500 KHz 至 80 MHz，范围为 70 dB。 2. 使用上述 1 中制作的超声波换能器作为传感器，我们构建了一个系统，该系统可以使用一个传感器同时测量有限振幅的非线性超声波的频谱。使用该系统，我们还直接观察了通过水、甲醇和羟丙基纤维素水溶液（又称聚合液晶）等介质传播的非线性超声波的频谱。特别是，在甲醇介质中，我们能够在70dB和20MHz范围内直接观察到基波（2.42MHz）和高达8次的高次谐波的频谱。此外，根据直接观测到的非线性超声波的频谱计算出上述各介质的超声非线性参数B/A。如上所述，我们能够制造出100MHz频带超声波传感器，并构建能够使用宽带超声波传感器同时测量弱冲击波频谱的系统。