夹心式压电陶瓷超声换能器的非线性研究进展 被引量：7

1

作者 梁召峰 《声学技术》 CSCD 北大核心 2016年第4期296-302,共7页

夹心式压电陶瓷超声换能器是目前大功率超声设备中应用最广的一种换能器,其在大功率工作状态下会呈现出明显的非线性特征。综述了夹心式压电陶瓷超声换能器非线性方面的研究进展。首先介绍了国内外在压电陶瓷非线性方面的重要理论及实... 夹心式压电陶瓷超声换能器是目前大功率超声设备中应用最广的一种换能器,其在大功率工作状态下会呈现出明显的非线性特征。综述了夹心式压电陶瓷超声换能器非线性方面的研究进展。首先介绍了国内外在压电陶瓷非线性方面的重要理论及实验研究成果,着重阐述了大功率领域常用的硬压电陶瓷的非线性研究工作,其次对夹心式压电陶瓷超声换能器的结构及工艺所引起的非线性进行了简要分析和论述,最后介绍了夹心式压电陶瓷超声换能器非线性建模方面的研究进展。 展开更多

关键词 夹心式超声换能器 非线性 压电陶瓷 大功率

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夹心式压电陶瓷功率超声换能器的优化设计 被引量：28

2

作者 林书玉 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2003年第3期199-202,共4页

对夹心式压电陶瓷功率超声换能器的优化设计进行了探讨。分析了一种压电陶瓷中间带有厚电极的夹心式换能器的频率特性及其机电转换性能,得出了金属厚电极的几何尺寸对换能器振动性能的影响。探讨了换能器中压电陶瓷片的位置和几何尺寸... 对夹心式压电陶瓷功率超声换能器的优化设计进行了探讨。分析了一种压电陶瓷中间带有厚电极的夹心式换能器的频率特性及其机电转换性能,得出了金属厚电极的几何尺寸对换能器振动性能的影响。探讨了换能器中压电陶瓷片的位置和几何尺寸对换能器的共振频率、反共振频率和有效机电耦合系数的影响,并得出了一些有利于夹心式换能器优化设计的结论。 展开更多

关键词 夹心式压电陶瓷超声换能器 共振频率 反共振频率 有效机电耦合系数

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雪花形二维耦合振动夹心式压电超声换能器的设计 被引量：1

3

作者 许龙 王威震 +4 位作者 龚涛 李果 赵伦 周光平 梁召峰 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第8期287-293,302,共8页

为了实现单个换能器的多方向超声辐射,提出了一种新型的雪花形二维耦合振动夹心式压电超声换能器,它由正六棱柱形金属块、6组压电陶瓷晶堆和6个金属盖板组成。基于耦合振动理论和力电类比原理建立了换能器等效电路模型,推导了其共振与... 为了实现单个换能器的多方向超声辐射,提出了一种新型的雪花形二维耦合振动夹心式压电超声换能器,它由正六棱柱形金属块、6组压电陶瓷晶堆和6个金属盖板组成。基于耦合振动理论和力电类比原理建立了换能器等效电路模型,推导了其共振与反共振频率方程。通过等效电路法、有限元法和试验研究了换能器的二维耦合振动特性。结果表明:当压电陶瓷晶堆越靠近正六棱柱形金属块时,换能器的有效机电偶合系数越高;随着换能器轴向尺寸的增加纵向耦合共振频率降低;在纵向耦合共振模式下,换能器的6个输出端均可输出一致的纵向位移振幅;等效电路法、有限元仿真和试验测试取得了较为一致的结果。该研究结果为该类换能器的工程应用提供了简明设计理论,研究成果有望应用于多维超声加工、多向超声辐射等领域。 展开更多

关键词 夹心式压电换能器 等效电路法 耦合振动 振动模态

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基于PMNT陶瓷的1-3型压电复合材料软模板法制备及其超声换能器研究 被引量：1

4

作者 孙瑞雨 李晓兵 +5 位作者 杨钊萍 陈兴飞 孙丰龙 陈建伟 夏子颐 周长江 《功能材料》 CAS CSCD 北大核心 2024年第5期5001-5006,共6页

医用高频超声换能器广泛应用于人体及生物组织的精细结构成像。1-3型压电复合材料因具有较高的机电耦合系数和较低的声阻抗而成为高频超声换能器的核心材料。基于有限元计算和软模板法设计制备了高性能Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-PbTiO_... 医用高频超声换能器广泛应用于人体及生物组织的精细结构成像。1-3型压电复合材料因具有较高的机电耦合系数和较低的声阻抗而成为高频超声换能器的核心材料。基于有限元计算和软模板法设计制备了高性能Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-PbTiO_(3)陶瓷/环氧树脂压电复合材料,并对材料进行了系统的电学性能测试。结果显示该1-3型压电复合材料具有优异的声学综合性能,其厚度伸缩模式机电耦合系数k t达到70.1%,其声阻抗Z a达19.05 MRayl。利用该材料制备了高频超声换能器,其-6 dB带宽达85%,插入损耗为17.7 dB。结果表明使用软模板法制备的压电复合材料具有适合于超声成像的优异的综合性能,有望促进高频超声换能器的商业化应用。 展开更多

关键词 1-3型压电复合 PMNT陶瓷 高频超声换能器 软模板法

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四分之一波长夹心式压电超声换能器的设计研究 被引量：8

5

作者 阎长罡 石阳 +3 位作者 杨亮 施志辉 李伟 于伟 《工具技术》 2011年第3期72-74,共3页

阐述了四分之一波长夹心式压电超声换能器的结构特点,对其机电振动特性进行了理论分析,得出纵向振动下换能器的机电等效电路图,给出了频率方程,并设计出一个换能器。使用有限元仿真软件ANSYS对换能器进行模态分析,结果显示其纵向振动时... 阐述了四分之一波长夹心式压电超声换能器的结构特点,对其机电振动特性进行了理论分析,得出纵向振动下换能器的机电等效电路图,给出了频率方程,并设计出一个换能器。使用有限元仿真软件ANSYS对换能器进行模态分析,结果显示其纵向振动时的固有频率与理论值十分接近,验证了理论推导的正确性。 展开更多

关键词 超声换能器 压电陶瓷 共振频率 ANSYS仿真 模态分析

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A3夹心式压电超声扭转换能器的研制 被引量：3

6

作者 林书玉 张福成 郭孝武 《声学技术》 CSCD 1996年第4期159-161,共3页

本文对夹心式压电超声扭转振动换能器进行了理论及实验研究，得出了对称型扭转振动夹心换能器的共振频率设计方程，给出了频率方程式中一些主要的物理量的具体表达式。在此基础上，实际设计并制作了一个夹心扭转振动换能器。

关键词 换能器 夹心式 扭振 超声换能器

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夹心式功率超声压电换能器负载特性研究 被引量：23

7

作者 林书玉 《陕西师范大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2002年第2期29-34,共6页

在等效电路理论的基础上 ,对大功率夹心式压电超声换能器的负载特性进行了研究 .重点讨论了两种常用的负载 ,即超声清洗等液体处理技术中的液体负载以及用于超声加工和超声钻孔等技术中的固体负载 .探讨了负载对换能器共振频率的影响 .... 在等效电路理论的基础上 ,对大功率夹心式压电超声换能器的负载特性进行了研究 .重点讨论了两种常用的负载 ,即超声清洗等液体处理技术中的液体负载以及用于超声加工和超声钻孔等技术中的固体负载 .探讨了负载对换能器共振频率的影响 .结果表明 ,对于液体介质 ,当液面的高度在一定范围内增大时 ,换能器的共振频率会降低 .当液体负载横截面积增大时 ,液面高度对换能器共振频率的影响增大 .对于固体负载 ,当超声加工工具的长度减小时 ,换能器振动系统的共振频率升高 .当超声加工工具的横截面积较小时 。 展开更多

关键词 夹心式功率超声压电换能器 负载特性 共振频率 液体负载 固体负载 横截面积

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夹心式纵-扭复合模式压电超声换能器的共振频率 被引量：9

8

作者 林书玉 《应用声学》 CSCD 1996年第5期27-30,5,共5页

本文对夹心式纵-扭复合振动模式压电超声换能器进行了研究．从换能器的等效电路出发，在无耦合时，得出了换能器中纵向振动模式及扭转振动模式的各自共振频率方程．实验表明，换能器各自共振频率的测试值与理论计算值基本符合．

关键词 夹心式 超声换能器 纵向振动 共振频率 扭振

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夹心式弯曲振动压电超声换能器的研究 被引量：4

9

作者 林书玉 《声学技术》 CSCD 1993年第4期26-30,共5页

本文研究了一种新型的弯曲振动夹心式压电超声换能器，分析了换能器的振动机理，从理论上推出了换能器的频率方程。由于弯曲振动换能器的设计理论比较复杂，而本文推出的弯曲振动换能器频率方程的矩阵表达形式为计算机的利用提供了方便... 本文研究了一种新型的弯曲振动夹心式压电超声换能器，分析了换能器的振动机理，从理论上推出了换能器的频率方程。由于弯曲振动换能器的设计理论比较复杂，而本文推出的弯曲振动换能器频率方程的矩阵表达形式为计算机的利用提供了方便。实验表明，弯曲振动夹心式压电超声换能器共振频率的测试结果与设计值基本符合， 展开更多

关键词 超声换能器 弯曲振动 夹心式

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夹心式压电超声焊接换能器的优化设计 被引量：5

10

作者 许龙 陈一博 +2 位作者 吴光未 张海岛 李凤鸣 《陕西师范大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2020年第3期55-59,共5页

基于等效电路法和有限元法对夹心式压电超声焊接换能器的结构尺寸进行了优化设计。探讨了换能器前后盖的纵向尺寸对机电转换性能和振幅的影响,加工制作了相应的夹心式压电超声焊接换能器,并对其机电转换效率进行了实验测试。结果表明,... 基于等效电路法和有限元法对夹心式压电超声焊接换能器的结构尺寸进行了优化设计。探讨了换能器前后盖的纵向尺寸对机电转换性能和振幅的影响,加工制作了相应的夹心式压电超声焊接换能器,并对其机电转换效率进行了实验测试。结果表明,通过对换能器前后盖尺寸的优化,换能器具有最佳的机电转换效率和最大的振速比,研究结果可为该类换能器的优化设计提供理论指导。 展开更多

关键词 夹心式压电换能器 有效机电耦合系数 振速比 优化设计

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一种新型的径向振动高频压电陶瓷复合超声换能器 被引量：4

11

作者 林书玉 曹辉 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第5期1004-1008,共5页

本文研究了一种新型的径向振动压电陶瓷高频复合超声换能器.该换能器由一个压电陶瓷圆环和一个嵌于其内部的金属圆盘复合而成.首先对压电陶瓷圆环及金属圆盘的径向振动进行了简单分析,推出了其机电等效电路和共振频率方程,分析了压电陶... 本文研究了一种新型的径向振动压电陶瓷高频复合超声换能器.该换能器由一个压电陶瓷圆环和一个嵌于其内部的金属圆盘复合而成.首先对压电陶瓷圆环及金属圆盘的径向振动进行了简单分析,推出了其机电等效电路和共振频率方程,分析了压电陶瓷圆环的几何尺寸对其共振及反共振频率的影响.在此基础上,分析了由压电陶瓷圆环和金属圆盘组成的复合换能器的径向振动,得出了其复合机电等效电路和共振频率方程.研究分析表明,对于具有相同外半径的压电陶瓷圆盘和压电陶瓷圆环,压电陶瓷圆盘的径向振动共振频率高于压电陶瓷圆环的径向共振频率,并且,压电陶瓷圆环的内半径越大,其径向共振频率越低.当在压电陶瓷圆环内部嵌入一金属圆盘而组成一径向复合超声换能器时,其径向共振频率高于压电陶瓷圆盘的径向共振频率,从而达到了提高换能器共振频率的目的.研制了一些径向复合高频超声换能器,并对其共振频率进行了测试,测试数据证明了理论结果的正确性. 展开更多

关键词 径向振动 机电等效电路 压电陶瓷 高频超声换能器 共振频率

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夹心式压电换能器的谐振频率跟踪方案设计 被引量：3

12

作者 李小雪 李平 +1 位作者 汪东 肖灵 《应用声学》 CSCD 北大核心 2009年第4期314-320,共7页

分析了夹心式压电换能器的阻抗特性,讨论了基于相位方式的现有跟踪方案的不足,提出了一种新的频率跟踪方案,介绍了实现该方案的电路系统。该方案的特点是:采用先扫频后跟踪的策略,解决了频率范围设定难的问题;增加解锁控制,使得系统在... 分析了夹心式压电换能器的阻抗特性,讨论了基于相位方式的现有跟踪方案的不足,提出了一种新的频率跟踪方案,介绍了实现该方案的电路系统。该方案的特点是:采用先扫频后跟踪的策略,解决了频率范围设定难的问题;增加解锁控制,使得系统在死锁或误跟踪时自动回到频率搜索状态;采用直接数字合成器(DDS)作为频率调整和信号产生的器件,实现了全数字系统,调整方便,精度高;采用复杂可编程逻辑器件(CPLD)做相位比较和DDS控制,使频率跟踪速度快,并且跟踪精度和速度均可控制。 展开更多

关键词 夹心式压电换能器 频率跟踪 直接数字合成器(DDS)

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压电陶瓷换能器在超声波测距仪中的应用 被引量：13

13

作者 毛剑波 《合肥工业大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2005年第6期696-698,共3页

文章介绍了超声波测距的原理,论述了超声波测距仪的主要部件——压电陶瓷换能器的结构设计。证实将振子设计成压电陶瓷和金属片的矩形粘合片的形式,可实现与空气声阻抗良好的匹配。并当谐振频率为36kHz时,弯曲振动模式产生的超声场呈扇... 文章介绍了超声波测距的原理,论述了超声波测距仪的主要部件——压电陶瓷换能器的结构设计。证实将振子设计成压电陶瓷和金属片的矩形粘合片的形式,可实现与空气声阻抗良好的匹配。并当谐振频率为36kHz时,弯曲振动模式产生的超声场呈扇形,使所发射的超声波在空气中的传播效率较高,满足了仪器对检测范围、精度和灵敏度的要求。 展开更多

关键词 压电陶瓷 换能器 超声波 测距

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用于非接触超声洁牙的压电换能器设计 被引量：1

14

作者 任滢 秦智 +3 位作者 袁宝 李成皓 周静 沈杰 《压电与声光》 CAS 北大核心 2024年第3期381-385,391,共6页

设计了一种非接触式的超声洁牙装置。通过12个超声变幅单元并联组合成牙套式阵列结构,突破了口腔有限空间内对换能器声发射能力的限制。采用声-结构耦合有限元模拟和回归分析,在300~400 kHz工作频段优选PZT-5H为压电相,优化了透声层内... 设计了一种非接触式的超声洁牙装置。通过12个超声变幅单元并联组合成牙套式阵列结构,突破了口腔有限空间内对换能器声发射能力的限制。采用声-结构耦合有限元模拟和回归分析,在300~400 kHz工作频段优选PZT-5H为压电相,优化了透声层内空心圆锥形变幅杆设计。其辐射到牙列表面的平均声功率为2.32 W,正、负相最小声压幅值分别为794.668 kPa、-800.854 kPa。声场分布分析表明,在300~400 kHz频段内扫频激励产生的混响声场可以覆盖整个牙列,实现全方位的超空化非接触式洁牙。 展开更多

关键词 非接触式超声清洗 有限元模拟 牙套式超声洁牙装置 弯曲振动压电换能器

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用于深油井超声探测换能器的PT－PSN系压电陶瓷 被引量：1

15

作者 肖鸣山 张承琚 +1 位作者 王成建 兰建胜 《功能材料》 EI CAS CSCD 1996年第1期72-74,共3页

如果在ＰｂＴｉＯ３（ＰＴ）粉末中添加适量的Ｐｂ（Ｓｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３（ＰＳＮ）粉末，可以制成高温ＰＴ－ＰＳＮ系陶瓷，并可以把此种陶瓷用于制作深油井超声探测换能器。本文主要报导ＰＴ－ＰＳＮ系压电陶瓷的制备工艺、性... 如果在ＰｂＴｉＯ３（ＰＴ）粉末中添加适量的Ｐｂ（Ｓｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３（ＰＳＮ）粉末，可以制成高温ＰＴ－ＰＳＮ系陶瓷，并可以把此种陶瓷用于制作深油井超声探测换能器。本文主要报导ＰＴ－ＰＳＮ系压电陶瓷的制备工艺、性能参数和试验结果。 展开更多

关键词 PT-PSN系陶瓷 超声探测换能器 压电陶瓷

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夹心式压电换能器压电片端面应力分析与结构优化 被引量：6

16

作者 刘宇 傅波 +1 位作者 林波 吴思楠 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期55-62,共8页

针对预紧力作用下传统的夹心式压电换能器会出现压电片受力不均匀的问题,提出了一种由环形垫块与短圆柱组成的新型换能器后盖板结构设计方案。基于半空间表面受垂直集中力作用的Boussinesq结果,求取换能器后盖板端面中心小区域受力时的... 针对预紧力作用下传统的夹心式压电换能器会出现压电片受力不均匀的问题,提出了一种由环形垫块与短圆柱组成的新型换能器后盖板结构设计方案。基于半空间表面受垂直集中力作用的Boussinesq结果,求取换能器后盖板端面中心小区域受力时的应力解,结果显示压电片端面中心区域应力最大、靠近边缘处应力最小,并利用Ansys仿真软件和实验验证了理论分析的结果;根据压电片的受力情况对后盖板的形状及尺寸进行优化,并修正了优化后模型的谐振频率;加工、装配了优化前、后的换能器并测试其阻抗特性,结果表明:经优化后的夹心式压电换能器能够在保证阻抗性能参数基本不变的情况下,明显改善压电片端面处应力分布不均匀的现象。 展开更多

关键词 夹心式压电换能器 应力分布 后盖板 垫块

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一种新型扭转振动压电陶瓷超声换能器 被引量：3

17

作者 叶发根 曹辉 林书玉 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2010年第3期410-413,共4页

研究了一种新型扭转压电陶瓷超声换能器。基于机电类比原理,对切向极化的压电陶瓷薄圆环振子的扭转振动特性进行了研究,建立了其机电类比等效电路模型,从等效电路得出了环形振子的扭转振动频率方程的解析式及共振频率的计算公式。在此... 研究了一种新型扭转压电陶瓷超声换能器。基于机电类比原理,对切向极化的压电陶瓷薄圆环振子的扭转振动特性进行了研究,建立了其机电类比等效电路模型,从等效电路得出了环形振子的扭转振动频率方程的解析式及共振频率的计算公式。在此基础上,分析了换能器的共振与其几何尺寸间的关系;并利用有限元方法对压电陶瓷薄圆环扭转振动模态进行了分析。结果表明,在换能器压电陶瓷圆环内外半径比增大时,共振频率随之增大。 展开更多

关键词 扭转振动 机电等效电路 压电陶瓷 超声换能器

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超声换能器压电陶瓷材料的选择

18

作者 张旭苹 《南京化工学院学报》 1991年第2期80-84,共5页

压电超声换能器的性能主要取决于所用压电陶瓷材料的性能。本文在利用改进传输线路法对常用压电陶瓷各项性能测试的基础上，进行了压电陶瓷性能对换能器作用的研究，结果认为，制作高灵敏度换能器宜选用PZT压电陶瓷，制作窄脉冲高分辨... 压电超声换能器的性能主要取决于所用压电陶瓷材料的性能。本文在利用改进传输线路法对常用压电陶瓷各项性能测试的基础上，进行了压电陶瓷性能对换能器作用的研究，结果认为，制作高灵敏度换能器宜选用PZT压电陶瓷，制作窄脉冲高分辨换能器宜选用PbNb2O6压电陶瓷，而制作高频换能器则宜用LNN压电陶瓷。 展开更多

关键词 超声换能器 压电陶瓷 无损检测

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基于高压电性PMNT陶瓷的无损检测高频超声换能器 被引量：2

19

作者 丁伟艳 李晓兵 +4 位作者 张永成 刘东旭 田俊亭 李昕伦 LAM Kwok Ho 《压电与声光》 CAS 北大核心 2021年第6期781-785,共5页

Sm掺杂Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-0.30PbTiO_(3)(PMN-0.30PT)陶瓷具有与PMN-0.30PT单晶相当的超高压电响应(d_(33)约为1300 pC/N),但比压电单晶具有更高的一致性和更低的成本。该文针对高频超声无损检测的工业化应用,基于Sm掺杂PMN-0.3... Sm掺杂Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-0.30PbTiO_(3)(PMN-0.30PT)陶瓷具有与PMN-0.30PT单晶相当的超高压电响应(d_(33)约为1300 pC/N),但比压电单晶具有更高的一致性和更低的成本。该文针对高频超声无损检测的工业化应用,基于Sm掺杂PMN-0.30PT陶瓷设计并制作了中心频率大于30.5 MHz的高频超声换能器,利用超声脉冲回波法进行了换能器的性能表征,并测试了其声场。针对小型塑料零部件的微结构,利用所制备的高频超声换能器进行了超声成像。结果表明,基于Sm掺杂PMN-0.30PT陶瓷的高频超声换能器具有优异的成像性能,适合于高频超声无损检测成像的工业化制备。 展开更多

关键词 Sm掺杂PMN-0.30PT陶瓷 高频超声换能器 无损检测 压电性能 介电性能

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检测超声换能器用改性钛酸铅压电陶瓷材料 被引量：6

20

作者 马乐山 陈士卓 《压电与声光》 CSCD 北大核心 1992年第3期36-39,共4页

本文介绍了改性钛酸铅压电陶瓷材料的研制。通过配方筛选和改善工艺,得到了具有如下性能水平的改性钛酸铅系列压电陶瓷材料: 厚向机电耦合系数k_t 0.51—0.61 径向机电耦合系数k_p 0.07—0.36 介电常数∈ 250—300 机械品质因数Q_m... 本文介绍了改性钛酸铅压电陶瓷材料的研制。通过配方筛选和改善工艺,得到了具有如下性能水平的改性钛酸铅系列压电陶瓷材料: 厚向机电耦合系数k_t 0.51—0.61 径向机电耦合系数k_p 0.07—0.36 介电常数∈ 250—300 机械品质因数Q_m 10—1000 其中,k_t为0.56;k_p为0.07;∈为230和Q_m为250的改性钛酸铅压电陶瓷材料用于研制检测超声换能器阵取得了满意的效果。 展开更多

关键词 超声换能器 压电陶瓷 钛酸铅 材料

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