中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
阻抗匹配層可提高聲波在不同介質(zhì)間的能量傳輸效率，在換能器設計、無(wú)損檢測、醫學(xué)超聲成像中發(fā)揮重要作用。當前常用的半波長(cháng)阻抗匹配層及多層復合阻抗匹配層等方法，均只能針對既定兩種目標介質(zhì)進(jìn)行設計并工作，普適性較差。
近期，中國科學(xué)院聲學(xué)研究所噪聲與振動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗室研究員楊軍和賈晗團隊與吉首大學(xué)鄧科團隊合作，通過(guò)在周期排列的壓電陶瓷片上外接電容調控系統等效聲學(xué)阻抗，設計出一種可調式梯度聲學(xué)阻抗匹配層，可在不同介質(zhì)界面處實(shí)現寬頻高效的聲波能量透射。
研究人員推導外接分流電路對壓電陶瓷片縱向振動(dòng)的調控方程，給出周期條件下該系統的聲波色散規律，得到長(cháng)波近似下的系統等效聲學(xué)阻抗與外接電容間的關(guān)系。在理論分析的基礎上，研究人員利用八層壓電陶瓷片，構成可調式阻抗匹配層；在實(shí)際運用中，在每層匹配層接上不同的電容可得到所需的目標梯度阻抗。為驗證連接壓電分流電路的可調式聲學(xué)阻抗匹配層的性能，研究人員分別利用鋼柱和有機玻璃柱、鋼柱和鋁柱構造兩種具有不同阻抗梯度的界面，將設計的可調式聲學(xué)阻抗匹配層插入兩個(gè)界面中測試效果。結果表明，對于兩種阻抗差異的界面，只需調節體系中外接電容的大小，設計的可調式聲學(xué)阻抗匹配層均可大幅提升聲波的能量透射率。該種基于壓電分流電路的可調式聲學(xué)阻抗匹配層，具有較寬的工作頻段，可針對不同阻抗差異界面進(jìn)行快速調節，使用方便。
相關(guān)研究成果以A tunable gradient impedance matching layer based on piezoelectric materials with external circuits為題，發(fā)表在Journal of Applied Physics上，研究工作得到國家自然科學(xué)基金等的支持。
圖1.基于壓電分流電路的可調式聲學(xué)阻抗匹配層
圖2.可調式聲學(xué)阻抗匹配層在插入鋼/有機玻璃（左圖）和鋼/鋁后的聲能透射增強因子（右圖）
