第一篇：32.電磁超聲換能器研究與設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程教育學(xué)院 本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目 電磁超聲換能器的研究與設(shè)計(jì) 姓名與學(xué)號(hào) 朱強(qiáng) 714128202050 年級(jí)與專(zhuān)業(yè) 14秋華家池專(zhuān)本2班 電 氣 學(xué)習(xí)中心 浙大校內(nèi)直屬學(xué)習(xí)中心（華家池）指導(dǎo)教師 許 諾 浙江大學(xué)遠(yuǎn)程教育學(xué)院本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠(chéng)信承諾書(shū) 1.本人鄭重地承諾所呈交的畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)），是在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下嚴(yán)格按照學(xué)校和學(xué)院有關(guān)規(guī)定完成的。

2.本人在畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中引用他人的觀點(diǎn)和參考資料均加以注釋和說(shuō)明。

3.本人承諾在畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）選題和研究?jī)?nèi)容過(guò)程中沒(méi)有抄襲他人研究成果和偽造相關(guān)數(shù)據(jù)等行為。

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畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者：

朱強(qiáng) ?????????????????2016???????????年 10 月 29 日 論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū) 本論文作者完全了解 浙江大學(xué)遠(yuǎn)程教育學(xué)院 有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交本論文的復(fù)印件和電子文檔，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán) 浙江大學(xué)遠(yuǎn)程教育學(xué)院 可以將論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索和傳播，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編論文。

畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者簽名：朱強(qiáng) ?????????????2016??????????年 10 月 29 日 摘要 電磁超聲換能器(EMAT)是一種基于電磁超聲轉(zhuǎn)換技術(shù)的新型電聲轉(zhuǎn)換器。同時(shí)，它也是一款集超聲波發(fā)射、接收裝置于一體的非接觸型換能器。因?yàn)殡姶懦暡o(wú)損技術(shù)在進(jìn)行作業(yè)的時(shí)候是不需要有介質(zhì)耦合的，也無(wú)需對(duì)試件進(jìn)行準(zhǔn)備處理等諸多優(yōu)點(diǎn)，故其檢測(cè)時(shí)的溫度可以高達(dá)1000℃，對(duì)一般的被探測(cè)的工件表面也無(wú)需經(jīng)過(guò)特殊處理，可以直接進(jìn)行無(wú)損處理，因此電磁超聲換能器廣泛的應(yīng)用在超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域中。

本研究主要是對(duì)電磁超聲換能器的工作原理進(jìn)行研究以及在現(xiàn)有的電磁超聲換能器的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)合國(guó)內(nèi)外發(fā)表的文獻(xiàn)為研究基礎(chǔ)，對(duì)電磁超聲換能器的研究現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查分析，總結(jié)電磁超聲換能器各參數(shù)對(duì)其轉(zhuǎn)換效率的影響，針對(duì)現(xiàn)有研究中的不足對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：畢電磁超聲換能器；

超聲無(wú)損檢測(cè)；

調(diào)查分析；

優(yōu)化設(shè)計(jì) 目錄 摘要 I 第1章 緒論 1 第2章 電力負(fù)荷理論 2 2.1電力負(fù)荷預(yù)測(cè)基本模型和方法 2 2.2模糊邏輯理論概述 2 2.3人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)概述 3 2.4模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)概述 4 第3章 混合模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)數(shù)據(jù)處理方法 5 3.1樣本負(fù)荷數(shù)據(jù)的預(yù)處理 5 3.1.1樣本負(fù)荷數(shù)據(jù)的收集和處理 5 3.1.2樣本負(fù)荷數(shù)據(jù)的歸一化處理 6 3.2影響因素的模糊化處理 6 3.3模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的設(shè)計(jì) 6 3.3.1網(wǎng)絡(luò)層數(shù)的設(shè)計(jì) 6 3.3.2網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)的設(shè)計(jì) 7 第4章 負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果及分析 8 4.1預(yù)測(cè)模型計(jì)算一般步驟 8 4.2 一些注意事項(xiàng) 8 總結(jié) 9 參考文獻(xiàn) 10 致謝 11 一、緒論 1.1研究研究背景 傳統(tǒng)的超聲波產(chǎn)生方式主要是通過(guò)壓電換能器實(shí)現(xiàn)的，雖然它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，換能的效率也比較高，但是在使用的時(shí)候經(jīng)常需要耦合劑作為耦合介質(zhì)，而且有的時(shí)候還需要對(duì)試件進(jìn)行事先的準(zhǔn)備處理工作，而且在溫度測(cè)量技術(shù)上存在諸多限制。

王仲生萬(wàn)小朋無(wú)損檢測(cè)診斷現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用技術(shù)機(jī)械工業(yè)出版社,2003.11~47 隨著國(guó)內(nèi)點(diǎn)次聲波換能技術(shù)的不斷進(jìn)步，為國(guó)內(nèi)超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展指明了道路，人們將利用電磁超聲轉(zhuǎn)換技術(shù)來(lái)彌補(bǔ)傳統(tǒng)換能技術(shù)中的不足之處。所說(shuō)的電磁超聲指的是通過(guò)洛倫茲力理論和磁力伸縮原理，來(lái)達(dá)成不用接觸就能被激發(fā)的新型技術(shù)，相對(duì)于傳統(tǒng)的壓電超聲換能器其具備以下優(yōu)點(diǎn)：

1）可以輕易的通過(guò)改變電磁場(chǎng)的方向和大小，來(lái)產(chǎn)生不同需要的各種超聲波，例如蘭姆波和表面波。在對(duì)待測(cè)物體進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候通過(guò)磁電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生蘭姆波，其產(chǎn)生的蘭姆波是通過(guò)線掃描的方式對(duì)待測(cè)物進(jìn)行大范圍的快速高效率的檢測(cè)，相比較傳統(tǒng)的逐點(diǎn)體波掃描方式要方便很多，為測(cè)試節(jié)省了很多的時(shí)間，大大的提高了檢測(cè)工作的效率，在板材無(wú)損檢測(cè)方面應(yīng)用特別廣泛。

2）可以實(shí)現(xiàn)在不需要接觸待測(cè)物體的前提下對(duì)待測(cè)物體進(jìn)行測(cè)量，有效的避免了在待測(cè)物不方便進(jìn)行預(yù)先處理的問(wèn)題，也解決了在使用耦合劑時(shí)對(duì)測(cè)量精度存在影響的問(wèn)題。

3）因?yàn)榭梢詫?shí)現(xiàn)非接觸的測(cè)量形式，所以在測(cè)量的溫度上也有了大大的提高，一般可以達(dá)到上千度以上，同時(shí)對(duì)高速運(yùn)動(dòng)的物體的測(cè)量也是可以很方便的是實(shí)現(xiàn)的。

因?yàn)殡姶懦晸Q能器擁有的這些優(yōu)點(diǎn)，決定了其在材料無(wú)損檢測(cè)，運(yùn)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中各參數(shù)的測(cè)量上的廣泛應(yīng)用，介于其在測(cè)量領(lǐng)域上存在的巨大的潛力，國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界以及工程界都對(duì)其產(chǎn)生了濃厚的研究興趣。為了實(shí)現(xiàn)電磁超聲能夠在工業(yè)領(lǐng)域上得到推廣，各研究者早已對(duì)其進(jìn)行了深入的研究，希望能夠在電聲轉(zhuǎn)換效率上得到顯著的提高，這樣子就可以大大提高工業(yè)設(shè)計(jì)與檢測(cè)上的效率，提高工業(yè)自動(dòng)化水平有的非常重要的研究意義，也是學(xué)術(shù)研究確定了非常有價(jià)值的研究方向。

而電磁超聲換能技術(shù)存在的非接觸換能問(wèn)題也讓眾多優(yōu)秀設(shè)計(jì)師費(fèi)盡了心思：

1）在能量轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，有不同能量同時(shí)轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象。在電磁場(chǎng)，力場(chǎng)和聲場(chǎng)的相互作用下，換能過(guò)程變得非常的復(fù)雜，在理論上對(duì)其過(guò)程很難進(jìn)行分析理解，因此只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行研究設(shè)計(jì)。

2）因?yàn)榻?jīng)過(guò)多種能量的相互轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致電磁超聲換能器在換能效率上非常的低，而且需要的激勵(lì)電源的頻率的要求還很高，因此在硬件設(shè)計(jì)上存在很大的困難。

3）超聲波的回波信號(hào)的振幅比較小，與傳統(tǒng)的壓電超聲換能器相比較，信噪比明顯下降，幅值下降了40分貝左右，因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中和還要對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行復(fù)雜的后期處理。因?yàn)殡姶懦晸Q能器存在的設(shè)計(jì)困難，使得目前電磁超聲換能器還只能停留在實(shí)驗(yàn)研究階段，還未正式進(jìn)入工業(yè)測(cè)試應(yīng)用當(dāng)中。

《超聲波探傷》編寫(xiě)組編超聲波探傷電力工業(yè)出版社,1980.225~246 不過(guò)，隨著近幾年來(lái)電子科技技術(shù)的快速發(fā)展，為電磁超聲換能器步入工業(yè)檢測(cè)領(lǐng)域提供了強(qiáng)有力的后盾。尤其是近幾年在MOSFET管工藝上的進(jìn)步，MOSFET管可以實(shí)現(xiàn)電路大電流的通過(guò)，而且可以實(shí)現(xiàn)快速有效的開(kāi)關(guān)動(dòng)作控制，這項(xiàng)技術(shù)可以為電磁超聲換能器提高穩(wěn)定的可靠的高頻高壓發(fā)射回路，極大程度得提高了換能器的發(fā)射功率。另外的，隨著集成電路的快速進(jìn)步以及芯片封裝工藝的創(chuàng)新優(yōu)化，很多器件采用先進(jìn)的集成封裝形式，這樣也減少了一大部分的噪聲的產(chǎn)生，讓芯片的噪聲的幅度有著顯著的降低，通過(guò)這些技術(shù)的改良，在一定的程度上解決了電磁換能器轉(zhuǎn)換效率低的問(wèn)題。所以只需要在電磁超聲換能器的電路設(shè)計(jì)方面以及超聲波發(fā)射端進(jìn)行改進(jìn)就可以讓其變得更加實(shí)用化了。

1.2國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展 從20世紀(jì)六十年代開(kāi)始，許多發(fā)達(dá)國(guó)家，例如英國(guó)、美國(guó)、德國(guó)、日本等早就開(kāi)始了對(duì)電磁超聲技術(shù)的理論以及實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了較為全面的研究。主要的研究方向就是針對(duì)如何提高電磁換能器轉(zhuǎn)換效率低的問(wèn)題進(jìn)行研究。

張志剛等蘭姆波的電磁超聲磁致伸縮式激勵(lì)及其特性[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào).2006,40(1):133~137 國(guó)內(nèi)對(duì)電磁超聲轉(zhuǎn)換器的研究起步比起國(guó)外的相對(duì)晚一些，但是隨著國(guó)內(nèi)工業(yè)上對(duì)無(wú)損技術(shù)的需求的不斷增加，驅(qū)使著越來(lái)越多的人投入到電磁超聲技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)當(dāng)中去，國(guó)內(nèi)的研究隊(duì)伍也隨之不斷擴(kuò)增，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)的積累和總結(jié)，國(guó)內(nèi)在電磁超聲技術(shù)上已經(jīng)取得了突出性的成就。不過(guò)由于起步太晚，以及在芯片制造工藝上和其他發(fā)達(dá)國(guó)家還是存在一定的距離，導(dǎo)致在該領(lǐng)域上與其他發(fā)達(dá)國(guó)家還是有不小的差距。

1.3主要研究?jī)?nèi)容 在本篇論文中主要研究電磁超聲換能器的基本工作原理，主要組成部分，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組成。一些相關(guān)實(shí)驗(yàn)，來(lái)發(fā)現(xiàn)電磁超聲換能的的優(yōu)點(diǎn)與不足，盡可能的用電磁超聲換能技術(shù)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)技術(shù)。最后用ansys軟件對(duì)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。再然后對(duì)做的所有工作進(jìn)行總結(jié)。

二、電磁超聲換能器的工作方式 2.1電磁超聲換能器的發(fā)射原理和接收原理 1.洛倫茲力工作原理 圖2-1-1洛倫茲力工作原理圖 在電磁鐵為換能設(shè)備提供磁場(chǎng)H的偏置磁場(chǎng)時(shí)，通過(guò)向激勵(lì)線圈接通電力J開(kāi)形成狡辯磁場(chǎng)hd，進(jìn)而通過(guò)狡辯磁場(chǎng)，在導(dǎo)體元件外表產(chǎn)生渦流js，在渦流js作用下，磁場(chǎng)同狡辯磁場(chǎng)產(chǎn)生狡辯渦流，從而形成洛倫茲力FL。而導(dǎo)體試件在洛倫茲力的作用下又會(huì)出現(xiàn)程度較為劇烈的震動(dòng)，在這樣的震動(dòng)，導(dǎo)管元件內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生各種形式不一的超聲波，值得注意的是，導(dǎo)管元件內(nèi)部的超聲波和交變電流超聲波頻率一致。

任曉可.電磁超聲技術(shù)在鋼板缺陷檢測(cè)中的研究[D].天津天津大學(xué).2008 電磁超聲接收原理其實(shí)就是電磁超聲激發(fā)原理的逆應(yīng)用，當(dāng)換能器接收到傳播來(lái)的超聲波信號(hào)的時(shí)候，超聲波就會(huì)引起電磁鐵附近的特殊材料的震動(dòng)，因?yàn)檫@種物質(zhì)周?chē)錆M電磁場(chǎng)，其受到超聲波撞擊后引起的震動(dòng)，將在其兩端感生出渦流效應(yīng)，隨著超聲波不斷地有規(guī)律的撞擊，其感生的渦電流也是周期的變化的，在周期內(nèi)不斷變動(dòng)的渦電流周?chē)?，還會(huì)出現(xiàn)交變磁場(chǎng)，從而在接收設(shè)備周?chē)纬呻妱?dòng)勢(shì)，只要將電路連接，回路就會(huì)導(dǎo)通，從而就會(huì)形成電流信號(hào)，然后就將接收到的小電流信號(hào)通過(guò)放大器，經(jīng)過(guò)放大器的放大，然后整流，這也就是所謂的回波信號(hào)。通過(guò)這樣的一系列變換從而實(shí)現(xiàn)超聲波信號(hào)的接收。不過(guò)在進(jìn)行無(wú)數(shù)次試驗(yàn)后，證明了電磁超聲換能的效率很低，與傳統(tǒng)的壓電超聲換能器相比較要低的多，所以在接收超聲波信號(hào)的靈敏度上存在很大的影響，因此，電磁超聲換能器需要一個(gè)功率比較大的發(fā)射極為其提供發(fā)射所需的能量，從而減少信噪比。

電磁超聲是由磁鐵、線圈和被測(cè)試件這三部分組成的，實(shí)際上來(lái)說(shuō)，EMAT的接收和發(fā)射是由這三部分相互影響工作的，相互影響工作過(guò)程看圖2所示。

圖2-1-2電磁超聲的組成相互影響工作過(guò)程 2.1.2磁致伸縮力的工作原理 如果試件是由鐵質(zhì)材料做成，那么高頻電流形成的磁場(chǎng)同樣能夠在一定時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂写帕Φ脑嚰?，進(jìn)而形成此致伸縮效用。此時(shí)電磁超聲設(shè)備不光洛倫茲力的影響，而且受到磁致伸縮力的影響。因磁場(chǎng)作用力減弱而形成的磁致伸縮效用，是造成電磁超聲的最重要的原因。這里所說(shuō)的磁致伸縮只得是在材料磁性因各種因素發(fā)生變化時(shí)，材料的體積、外形以及長(zhǎng)度等也隨之發(fā)生轉(zhuǎn)變的情況。這種轉(zhuǎn)變是由磁場(chǎng)力大小決定的。

R.Bruce Thompson.A model for the Electromagnetic Generation and Detection of Rayleigh and Lamb Waves[J],IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonic.1973,14:340~346 其轉(zhuǎn)變形式主要有三種：也就是線性磁致伸縮，體積磁致伸縮和因磁場(chǎng)力消退而造成的外形轉(zhuǎn)變。之所以會(huì)出現(xiàn)磁致伸縮的情況，是因?yàn)椴牧蠝囟茸兓l(fā)了自發(fā)磁化現(xiàn)象，造成材料內(nèi)出現(xiàn)極大的磁疇。在不受外部磁場(chǎng)作用的情況下，磁疇隨機(jī)排列且晶體外形不會(huì)發(fā)生變化。在受到外部磁場(chǎng)作用力影響時(shí)，磁疇排列形式發(fā)生轉(zhuǎn)變，從由外磁場(chǎng)的位置轉(zhuǎn)向到內(nèi)磁場(chǎng)上，而且其晶體也會(huì)發(fā)生極大程度的變形，并造成材隨著磁場(chǎng)作用力的方向進(jìn)行延伸或者內(nèi)縮。同時(shí)手激勵(lì)電流磁化的影響，材料會(huì)在周期內(nèi)發(fā)生變形，進(jìn)而形成彈性波，而造成彈性波的誘因則是線性磁致伸縮。如果為電磁超聲換能設(shè)備提供適當(dāng)?shù)拇抛饔昧Γ敲绰鍌惼澚痛胖律炜s李就會(huì)層層相疊，并不是相互抵消。

2.2 電磁超聲換能器常見(jiàn)的波 通過(guò)收集和總結(jié)，總結(jié)出來(lái)經(jīng)常用的磁鐵形狀、線圈形狀和磁鐵與線圈搭配在一起產(chǎn)生的波。分別由下圖所示。

圖2-2-1常見(jiàn)磁體 圖2-2-2常見(jiàn)激勵(lì)線圈 注：L波：縱波。S波：橫波。SH波：水平偏振的剪切波。SV波：垂直偏振的剪切波。

圖2-2-3組合波形 三、電磁超聲換能器的硬件電路設(shè)計(jì) 3.1激勵(lì)電路 傳統(tǒng)壓電超聲的轉(zhuǎn)換率比較高，所以它對(duì)激勵(lì)信號(hào)的要求就可以比較低，一般采用的是正弦脈沖信號(hào)作為激勵(lì)源，因?yàn)檎颐}沖信號(hào)的信號(hào)頻率單一，含有諧波的數(shù)量很少，所以產(chǎn)生的干擾信號(hào)也很少。但是在利用電磁超聲進(jìn)行換能的時(shí)候，轉(zhuǎn)換率比較低，如果繼續(xù)采用正弦脈沖信號(hào)作為激勵(lì)源的話，將無(wú)法產(chǎn)生可利用的超聲波，為了提高發(fā)射電路的功率，產(chǎn)生有用的超聲波信號(hào)，一般的會(huì)采用高壓脈沖信號(hào)來(lái)取代正弦脈沖信號(hào)。

張志剛,闕沛文雷華明.Lamb波與SH波雙模式電磁超聲檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置.2005,2:22~24 1.信號(hào)發(fā)生電路 信號(hào)發(fā)生電路的主要作用是形成電頻、一定數(shù)量且能夠認(rèn)為調(diào)控的脈沖信號(hào)以及脈沖信號(hào)寬度。過(guò)去的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器功能不足，且缺乏調(diào)控波形的能力，尤其是是缺乏調(diào)控信號(hào)頻率以及脈沖寬度的能力。如果通過(guò)FPGA 設(shè)備來(lái)形成脈沖信號(hào)，又很難把握死區(qū)時(shí)間。在正常的實(shí)驗(yàn)中，我們選用的信號(hào)發(fā)生器是德州儀器公司生產(chǎn)的UCC3895 移相型 PWM 控制器，如圖3-1-1。這一控制最為突出的特點(diǎn)包括：能自主調(diào)控輸出導(dǎo)通時(shí)間以及死區(qū)時(shí)間，還能通過(guò)單管腳實(shí)現(xiàn)芯片的軟起動(dòng)及軟關(guān)閉等功能，而且對(duì)功率要求極低，最大功率要求也只有1MHz，能夠保證設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。通過(guò)圖2-2我們能夠直觀的認(rèn)識(shí)到，SS/DISB 是系統(tǒng)控制部件，通過(guò)這一部件，能夠?qū)崿F(xiàn)芯片的啟動(dòng)和關(guān)閉，只要通過(guò)SS/DISB的電壓在0.5V以下芯片就會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)，反之則會(huì)正常啟動(dòng)，極大程度上便利了工作人員對(duì)STM32 的操控，工作人員只需要控制 STM32 的輸出電壓，就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)芯片脈沖輸出的控制。還可以通過(guò) 控制STM32電平時(shí)間，來(lái)控制可調(diào)脈沖數(shù)量。

圖3-1-1 UCC3895芯片電路圖 2.功率放大電路 上節(jié)信號(hào)在發(fā)生電路中形成了驅(qū)動(dòng)信號(hào)，但其產(chǎn)生的功率極小，而UCC3895所輸出的電流更只有 極為微弱的100m A，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到電磁超聲設(shè)備對(duì)電流的需求，這就要求放大驅(qū)動(dòng)信號(hào)功率。本次實(shí)驗(yàn)的方案，是全橋逆變電路方案，如圖3-1-2：

圖3-1-2 全橋逆變電路圖 圖9UCC3895 輸出信號(hào)經(jīng)過(guò) 6N137順利到達(dá)后續(xù)電路，6N137是功率能夠達(dá)到10MHz的光耦，其輸出導(dǎo)通時(shí)間大約有50ns，其關(guān)閉所用時(shí)間大約是12ns，其所起到的主要用處是將強(qiáng)電、弱電進(jìn)行隔離，全橋電路電壓能夠順利通過(guò)驅(qū)動(dòng)設(shè)備，進(jìn)而影響電路的控制。使用光耦隔離具有以下幾項(xiàng)有點(diǎn)：隔離耐壓比較高，具有非常強(qiáng)大的抗干擾能力，能夠隨意的調(diào)節(jié)占空比等等。

3.吸收電路 激勵(lì)電源采用的是高壓正負(fù)脈沖信號(hào)，在正負(fù)脈沖交替轉(zhuǎn)換的過(guò)程是非常的快的，所以很好容易會(huì)產(chǎn)生尖峰電壓，一般的尖峰電壓大小是與原電壓的4到5倍左右，雖然存在的時(shí)間很短，就幾微秒的時(shí)間，但是它的電壓很大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一般開(kāi)關(guān)器件的耐壓范圍，所以很容易燒壞電路里的開(kāi)關(guān)器件。所以在電路中常常設(shè)計(jì)一個(gè)吸收電路來(lái)對(duì)尖峰波進(jìn)行吸收。本研究中吸收電路主要有：RC吸收電路；

RCD吸收電路；

LC吸收電路。

4.阻抗匹配電路 為了達(dá)到最大功率輸出，常常將LC回路與本極集電極電路采用自耦變壓器形式來(lái)連接。從功率輸入的觀點(diǎn)來(lái)看，希望滿足匹配條件，以獲得最大的電壓增益，但是從降低噪聲的觀點(diǎn)來(lái)看，必須是噪音系數(shù)最小，這時(shí)可能不能滿足最大功率增益的條件。可以證明，采用共射級(jí)電路時(shí)，最大功率增益與最小噪聲系數(shù)可以近似地同條件獲得滿足。而在工作頻率較高的時(shí)候，則采用基極電路可以同時(shí)獲得最小噪聲系數(shù)與最大功率增益。為了能夠使激發(fā)超聲波的效率得以有效地提升，可以在接收電路以及接收線圈間，激勵(lì)電路以及電磁超聲激勵(lì)線圈間加入阻抗匹配電路。為了能夠?qū)崿F(xiàn)阻抗匹配的目的，先要將線圈的電抗值予以明確，能夠通過(guò)實(shí)際測(cè)量或者是數(shù)值計(jì)算來(lái)獲得，這樣阻抗的匹配主要給線圈串聯(lián)或者是并聯(lián)電容。電路電抗值等于零的時(shí)候則產(chǎn)生諧振，在這個(gè)時(shí)候便表明阻抗匹配，然而，這兩種匹配仍然存在著一定的區(qū)別，發(fā)射線圈匹配后需要通過(guò)很大的電流所以適合使用串聯(lián)匹配，而接收電路應(yīng)該使用并聯(lián)匹配。

3.2接收電路 接收回路總共是由四部分組成，它們分別是限幅電路、前置放大電路、帶通濾波電路以及主放大電路。正如前面所提到的，電磁超聲換能器的轉(zhuǎn)換效率很低，一般產(chǎn)生的超聲波信號(hào)很小，而且噪音污染很?chē)?yán)重，在信號(hào)中存在很大的噪音干擾，所以在接收電路中最重要的環(huán)節(jié)就是去除信號(hào)中存在的噪音。經(jīng)過(guò)一系列的轉(zhuǎn)換后，就得到了穩(wěn)定的，精確地回波信號(hào)，為后面的模擬分析，數(shù)字采樣做了前期鋪墊。

1.限幅電路 實(shí)驗(yàn)中使用的芯片所承受的電壓是有限的，而為了提高發(fā)射功率，所以激勵(lì)源所產(chǎn)生的高壓脈沖電壓很大，這樣就有可能在電路導(dǎo)通的時(shí)候由于電壓過(guò)大，使得回路的電流過(guò)大，從而燒壞芯片。為了避免這種情況的發(fā)生，實(shí)驗(yàn)中，在發(fā)射電路之后，需要加一個(gè)限幅電路，在不降低激勵(lì)電源大小的前提下，適當(dāng)降低后續(xù)電路中的電壓大小，從而達(dá)到保護(hù)電路的作用。

2.前置放大電路 傳感器接受到聲音信號(hào)后將其轉(zhuǎn)換成微弱的電信號(hào)，如果直接處理該微弱的電信號(hào)，可能會(huì)引起很大的誤差，而且因?yàn)樾盘?hào)的幅值很小，若不經(jīng)過(guò)放大電路放大，很快就會(huì)被電路中的電阻消耗殆盡。所以為了能夠準(zhǔn)確獲取聲音信號(hào)傳遞的信息，我們需要將轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)進(jìn)行放大。因?yàn)閷儆诘谝患?jí)放大，如果放大時(shí)產(chǎn)生較大的噪音，將會(huì)對(duì)后面的電路設(shè)計(jì)造成影響，也會(huì)使得最后的結(jié)果誤差很大，所以前置放大器在減少噪聲方面要求很高，實(shí)驗(yàn)時(shí)選用的是OPA37AJ放大器，實(shí)驗(yàn)中前置放大器的電路圖如下3-2-2所示。OPA37AJ放大器精度很高，產(chǎn)生的噪聲低，所以很適合作為前置放大器來(lái)使用。

圖3-2-2 前置放大電路圖 3.帶通濾波電路 回波信號(hào)本身包含著一些噪聲信號(hào)，在經(jīng)過(guò)前置放大器的放大，噪聲信號(hào)就會(huì)被放大，對(duì)被檢測(cè)信號(hào)的識(shí)別存在一定的干擾，所以我們需要一個(gè)濾波電路，將沒(méi)用的噪聲信號(hào)濾除掉。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在回波電路中包含的噪聲信號(hào)有熱噪音信號(hào)，高頻干擾信號(hào)最主要的噪聲信號(hào)主要在60Hz附近，為了濾除這一段沒(méi)有用的干擾信號(hào)，就需要使用一個(gè)帶通濾波器。本課題實(shí)驗(yàn)中選用的是基于LT1568的高頻有源RC濾波器，如下圖3-2-3就是高頻濾波器的電路圖。

圖3-2-3帶通濾波器電路圖 為了證明設(shè)計(jì)的帶通濾波器是可以使用的，試驗(yàn)中利用模擬輸入噪聲信號(hào)，將信號(hào)輸入帶通濾波器，并在輸出端取出輸出的信號(hào)，與輸入的信號(hào)要進(jìn)行對(duì)比，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，本課題設(shè)計(jì)的帶通濾波器是可以使用的，效果還很好。如下圖3-2-4、3-2-5就是輸入的帶噪聲信號(hào)，和經(jīng)過(guò)濾波器濾波后，得到的正弦波信號(hào)。

圖3-2-4 輸入的帶噪聲信號(hào) 圖3-2-5 濾波后的信號(hào) 4.主放大電路 因?yàn)榻?jīng)過(guò)上幾個(gè)電路的消耗和濾波，使得有用的信號(hào)大小變得非常的小，不足以后續(xù)的實(shí)驗(yàn)提高能量和信息，所以主放大電路的作用就是將前面經(jīng)過(guò)一系列轉(zhuǎn)換后得到的有用小信號(hào)放大到工作需要的幅值大小，為以后的數(shù)字采樣模擬分析做前期準(zhǔn)備工作。實(shí)驗(yàn)中選用的放大芯片是AD600芯片，芯片電路圖如下3-2-6所示。AD600芯片是一款噪聲低，頻帶寬，放大倍數(shù)大的放大芯片，除了具備一般放大芯片具有的功能外，AD600還具有隨輸入信號(hào)幅值變化而產(chǎn)生不同的電壓增益，所以不至于產(chǎn)生當(dāng)輸入信號(hào)過(guò)大或者過(guò)小時(shí)，放大出來(lái)的信號(hào)相差太大。因此AD600芯片非常的適合超聲回波電路的信號(hào)處理。

圖3-2-6 AD600芯片放大電路 AD600芯片的2、3引腳作為正負(fù)輸入端，14引腳作為輸出，VCC是13引腳，它的正常工作電壓為5V增益在20倍頻到30倍頻可調(diào)。MC1403D為它的工作提高參考電壓。

四、電磁換能器的實(shí)驗(yàn)研究 4.1蘭姆波激發(fā)試驗(yàn) 對(duì)于薄板中存在的缺陷，可以利用蘭姆波來(lái)進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)，可以利用用電磁超聲探頭來(lái)進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，表4-1為實(shí)驗(yàn)參數(shù)。

表4-1蘭姆波激發(fā)實(shí)驗(yàn)參數(shù) 名稱(chēng) 數(shù)值 鋼板長(zhǎng)度 800mm 鋼板寬度 300mm 鋼板厚度 16mm 探頭頻率 300KHz 圖4-1為實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從第 2個(gè)波包伊始為超聲波形從，頭波波峰到首個(gè)超聲波峰的時(shí)間間隔是 117 s，超聲波波速為4273.5m/s。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程之中，超聲頻率為 300KHz，板的厚度是16mm，兩者的乘積是 4.8MHz/mm，通過(guò)對(duì)蘭姆波群速度與頻厚積間的關(guān)系曲線進(jìn)行查閱可知，該條件下蘭姆波波速為 4400m/s，從而比較充分地說(shuō)明了產(chǎn)生為S1型蘭姆波。

圖4-1 蘭姆波波形示意圖 4.2表面波激發(fā)試驗(yàn) 對(duì)于厚板的表面以及近表面的缺陷，可以通過(guò)表面波予以準(zhǔn)確地檢測(cè)，表3-2中的數(shù)據(jù)為利用電磁超聲探頭產(chǎn)生表面波的實(shí)驗(yàn)參數(shù)。

表4-2表面波激發(fā)實(shí)驗(yàn)參數(shù) 名稱(chēng) 數(shù)值 鋼板長(zhǎng)度 600mm 鋼板寬度 400mm 鋼板厚度 60mm 探頭頻率 300KHz 這個(gè)時(shí)候利用激勵(lì)蘭姆波時(shí)的探頭配置，不產(chǎn)生回波，這就表明，在厚板里面，蘭姆波無(wú)法滿足傳播條件，無(wú)法獲得蘭姆波。把磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)90度，便接收到如圖4-2顯示的超聲波。頭波中心到首個(gè)超聲波峰間的時(shí)間間隔是98 s，發(fā)射探頭與接收探頭間的距離為是 270mm，超聲波波速是 2755.1m/s，與鋼板里面表面波波速相吻合，從而充分地說(shuō)明探頭所激發(fā)的為超聲表面波。

圖4-2表面波波形示意圖 總結(jié) 本研究主要是對(duì)電磁超聲換能器的工作原理進(jìn)行研究以及在現(xiàn)有的電磁超聲換能器的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)合國(guó)內(nèi)外發(fā)表的文獻(xiàn)為研究基礎(chǔ)，對(duì)電磁超聲換能器的研究現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查分析，總結(jié)電磁超聲換能器各參數(shù)對(duì)其轉(zhuǎn)換效率的影響，針對(duì)現(xiàn)有研究中的不足對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。本研究中對(duì)電磁超聲換能器在無(wú)損檢測(cè)應(yīng)用中的原理進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)研究與分析。通過(guò)對(duì)激勵(lì)電路、接收電路的分析改進(jìn)，得到的電磁超聲波換能器能夠完成基本的檢測(cè)操作。

參考文獻(xiàn) [1]王仲生萬(wàn)小朋無(wú)損檢測(cè)診斷現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用技術(shù)機(jī)械工業(yè)出版社,2003.11~47 [2]《超聲波探傷》編寫(xiě)組編超聲波探傷電力工業(yè)出版社,1980.225~246 [3]張志剛等蘭姆波的電磁超聲磁致伸縮式激勵(lì)及其特性[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào).2006,40(1):133~137 [4]任曉可.電磁超聲技術(shù)在鋼板缺陷檢測(cè)中的研究[D].天津天津大學(xué).2008 [5]R.Bruce Thompson.A model for the Electromagnetic Generation and Detection of Rayleigh and Lamb Waves[J],IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonic.1973,14:340~346 [6]K.Kawashima.Quantitative Calculation and Measurement of Longitudinal andTransverse Ultrasonic Wave Pulses in Solid.IEEE Transactions on Sonics and Ultrasonics.1984,32(2):83~87 [7]張志剛,闕沛文雷華明.Lamb波與SH波雙模式電磁超聲檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)[J].工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置.2005,2:22~24 [8]雷華明電磁超聲換能器機(jī)理研究及其在管道檢測(cè)中的應(yīng)用探索[D].上海上海交通大學(xué),2005 [9]張勇等用于無(wú)損檢測(cè)的電磁超聲換能器研究進(jìn)展[J].無(wú)損檢測(cè).2004,6：275-280 [10]朱紅秀吳淼劉卓然用于鋼管缺陷檢測(cè)的電磁超聲傳感器優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].儀器儀表學(xué)報(bào).2006,27(12):1734~1737）致謝 整個(gè)畢業(yè)論文順利撰寫(xiě)完，頓時(shí)感覺(jué)很輕松，很有成就感。回想這剛過(guò)去的幾個(gè)月畢業(yè)論文撰寫(xiě)，第涌入眼前的次就是辛苦。為了寫(xiě)畢業(yè)論文，經(jīng)常每天十多個(gè)小時(shí)的泡在圖書(shū)館，查閱資料，詢(xún)問(wèn)學(xué)姐，向老師請(qǐng)教。所以這一份畢業(yè)論文能夠順利寫(xiě)完，也是對(duì)我四年大學(xué)生活的總結(jié)。

我還要感謝論文撰寫(xiě)過(guò)程中給我提供過(guò)幫助的學(xué)長(zhǎng)，同學(xué)。他們給我在論文撰寫(xiě)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，都提供了幫助和意見(jiàn)。對(duì)于我的論文的順利完成，功不可沒(méi)。在此，也要誠(chéng)摯地說(shuō)一聲，謝謝。

最后，我要向我的父母衷心地說(shuō)一聲謝謝。

向在我畢業(yè)論文中給過(guò)我?guī)椭乃腥?，再次說(shuō)聲謝謝。

第二篇：換能器設(shè)計(jì)工作階段總結(jié)2

換能器設(shè)計(jì)階段工作總結(jié)

2011.2.23 一．工作情況

1.裝了一個(gè)組合為PZT2.3 ,前蓋板為3.3（銘虎加工，7075-t651）后蓋板為1.7（銘虎加工，龍威供料）的motor,裝配的結(jié)果很差，出現(xiàn)了以

前

沒(méi)

有

出

現(xiàn)

過(guò)

情

況。

頻率很低，剛裝配完只有84k，而且有雙頻，最近的一個(gè)頻率是90k.分析可能原因：（1），裝配過(guò)程中的偶然因素。（可能夾具有點(diǎn)問(wèn)題，但是可能性不是很大，待驗(yàn)證）。（2）.后蓋板的材料問(wèn)題（可能性大一些，因?yàn)槁?lián)想到以前裝過(guò)的一種銘虎供料的前后蓋板，頻率也只有79k，下一步打算繼續(xù)用以前的 后蓋板來(lái)裝配，驗(yàn)證這種可能性）。

2.8A(PZT2.0,前蓋板3.3，后蓋板2.1)自然老化后的頻率為90.61K，現(xiàn)在磨去一段（現(xiàn)在螺帽的長(zhǎng)度和USA的差不多）以后，經(jīng)過(guò)一天的自然老化，現(xiàn)在的頻率為92.46K，增加了快2K了。所有為以后自然老化后磨去預(yù)緊螺栓頻率的增加提供了參考以及頻率變化的空間。

3.7C(PZT2.3,前蓋板2.8，后蓋板2.1)自然老化的頻率為90.39，磨去一段后現(xiàn)在頻率為91.15，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的老化，頻率的增幅也應(yīng)該有2K左右，這個(gè)實(shí)驗(yàn)的目的和8A一樣，判定不同的PZT磨去一段以后頻率增幅。

☆☆8A和7C實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出：磨去一段預(yù)緊螺栓以后，頻率的增幅大約在2K左右，需要的老化時(shí)間大約是2天。

3.最新裝配的9A(PZT2.3,前蓋板3.3，后蓋板1.7)，現(xiàn)在的頻率為89.14，兩天的自然老化增加了將近3K，發(fā)展趨勢(shì)很好，頻率分布也很好。最有可能成功的一個(gè)。4.雙頻的加大扭力以后，阻抗會(huì)增加。二.今后的工作計(jì)劃：

1.繼續(xù)實(shí)驗(yàn)（PZT2.3,后蓋板1.7，前蓋板3.3）的組合的MOTOR.2.7C待頻率穩(wěn)定以后，試裝一些變幅桿，看一下最終的結(jié)果。3.繼續(xù)提高9A的頻率，并驗(yàn)證前蓋板的剛度問(wèn)題。4.用ANSYS分析MOTOR 5.銅片加工好以后，繼續(xù)裝配PZT2.3的。三．遇到的困難.前蓋板的剛度問(wèn)題，最近總不能順利的裝上變幅桿。

2.頻率分布和頻率的提高的矛盾，波形正常的頻率達(dá)不到，頻率達(dá)到的有雙峰，今后的工作希望能找到一些平衡點(diǎn)。

第三篇：第三章醫(yī)用超聲換能器 31壓電效應(yīng)與壓電材料特性 311壓電效應(yīng) 1正

第三章 醫(yī)用超聲換能器

3.1壓電效應(yīng)與壓電材料特性

3.1.1壓電效應(yīng)

1.正壓電效應(yīng) 在機(jī)械力的作用下產(chǎn)生電場(chǎng)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿男?yīng)叫正壓電效應(yīng)。

超聲接收換能器采用了正壓電效應(yīng)。

2.逆壓電效應(yīng) 由于電場(chǎng)作用，使材料內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的效應(yīng)叫逆壓電

效應(yīng)。超聲波發(fā)射換能器采用了逆壓電效應(yīng)。

3.1.2壓電材料 不同方向上所表現(xiàn)的壓電效應(yīng)，強(qiáng)弱和性質(zhì)不同，這種特性是由壓電材料內(nèi)

部結(jié)構(gòu)的各向異性所決定的。

分類(lèi)：

1.壓電單晶體（石英）：x,y軸為壓電軸，z為光學(xué)軸，x軸 又分別有三個(gè)極化軸x*按X切割法得到的石英晶體片在兩面外加交變電場(chǎng)時(shí)，晶體片產(chǎn)生厚度的壓縮及伸張，即晶體片產(chǎn)生厚度振動(dòng)。

石英的固有振動(dòng)頻率與其厚度有關(guān)，晶體片越薄，固有振動(dòng)頻率越高。

特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：性能穩(wěn)定。缺點(diǎn)：需使用幾千伏以上的高電壓；要求加工精密度高； 機(jī)電耦

合系數(shù)（靈敏度）低。

2.壓電陶瓷

人工制成的壓電多晶體材料。

*電疇：自發(fā)極化方向相互趨于一致的的區(qū)域。通常人工燒結(jié)出來(lái)的陶瓷是多疇的，材料

內(nèi)不出現(xiàn)宏觀電極化，無(wú)壓電性能。

*極化處理：用大于陶瓷的矯頑電場(chǎng)Ec的直流電場(chǎng)進(jìn)行一定時(shí)間的極化處理，使電疇轉(zhuǎn)

向，由多疇變成單疇晶體。極化處理后，陶瓷保留一定的總體剩余極化強(qiáng)度，從而 使陶瓷

體具有壓電性能。在外加交變電場(chǎng)作用時(shí)，其極化量便跟隨外加電場(chǎng)的極性周期性的變化，在宏觀上形成了電致伸縮的現(xiàn)象。

鈦酸鋇是最先制造出來(lái)的人造陶瓷材料。PZT鋯鈦酸鉛是使用最廣泛的壓電陶瓷。

優(yōu)點(diǎn)：可以制成任意形狀，制作工藝簡(jiǎn)單，能在所需要的方向進(jìn)行極化處理。

3.壓電高分子聚合材料

聚偏氟乙烯（PVF2或PVDF），分子式為（CH2-CF2)n 在垂直于高分子薄膜上加交變電

場(chǎng)，就會(huì)引起薄膜做厚度伸縮振動(dòng)。

特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體軟量輕、成本低、適用于大量生產(chǎn)；力學(xué)性能較好，可制成幾微米厚

大面積的壓電薄膜;具有較好的抗輻射性;材料彈性剛度小，機(jī)械損耗小，Qm低，適用于寬

帶換能器;PVDF壓電薄膜的彈性剛度常數(shù)和 ε值低，壓電電壓系數(shù)g 高，是一種良好的接

收型壓電振子材料； PVDF材料的聲阻抗接近人體組織，容易獲得良好匹配；PVDF薄膜

不受潮濕和灰塵的影響，在室溫條件下性能穩(wěn)定。

4.1-3復(fù)合材料

PZT細(xì)棒以一定分布方式排成陣列，在其間澆灌環(huán)氧樹(shù)脂，其壓電相是一維連通的，聚合物相是三維連通的。

1-3復(fù)合壓電材料的性能主要取決于：

(1)PZT柱的寬度與高度之比；

(2)PZT相的體積百分比；

(3)壓電陶瓷材料的性能；

(4)非壓電相（聚合體）材料的性能。

特點(diǎn)：

1)較低的聲阻抗，與人體和水具有更好的匹配特性；2)較高的機(jī)電耦合系數(shù)，具有較好的聲電能量轉(zhuǎn)換效率；3)較好的聲學(xué)隔離特性，減少了橫向耦合，對(duì)于多陣元應(yīng)

用具有優(yōu)勢(shì)；4)更靈活的使用特性，可按需要制作成曲線形狀的換能器。

3.1.3 壓電方程

壓電材料既是彈性體，又是介電體，因而既具有力學(xué)量，又具有電學(xué)量。

T/Sε

c 稱(chēng)為彈性模量，D/E=稱(chēng)為介電常數(shù)。

壓電的力學(xué)量（T或S）和電學(xué)量（E或D）之間存在著比例關(guān)系。當(dāng)同時(shí)存在T、S、E、D四種物理量時(shí)，選用不同參數(shù)作變量，可得出四組矩陣形式的壓電方程。

3.1.4 壓電體參數(shù)

1、機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm

Q 決定換能器通頻帶。Q越大，通頻帶越窄。

Q 與機(jī)械損耗成反比。Q越大，機(jī)械損耗越小，能量衰減越慢。

諧振時(shí)壓電體貯存的機(jī)械能

壓電體諧振時(shí)每周期損耗的機(jī)械能

2、機(jī)電耦合系數(shù)k

k是表示壓電體中機(jī)械能和電能之間相互轉(zhuǎn)化的程度。

k無(wú)量綱，最大值為1，當(dāng)=0時(shí)，無(wú)壓電效應(yīng)。

在一個(gè)有E、D、T和S的壓電體線性系統(tǒng)中，單位體積所具有的能量E 由彈性能E、壓電能E及介電能E三部分組成。即：

3、壓電系數(shù) 壓電體把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，或把電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的轉(zhuǎn)換系數(shù)。

1)發(fā)射系數(shù)

(1)壓電應(yīng)變系數(shù)d:

應(yīng)力恒定時(shí)，單位電場(chǎng)強(qiáng)度變化所引起的應(yīng)變變化； 電場(chǎng)恒定時(shí)，單位應(yīng)力變化所引起的電位移變化。

d大時(shí)宜于制造發(fā)射型換能器。

(2)壓電應(yīng)力系數(shù)e：

應(yīng)變恒定時(shí)，單位電場(chǎng)所引起的應(yīng)力變化； 電場(chǎng)恒定時(shí)，單位應(yīng)變所引起的電位移變化。e越大，越能用較低的電壓產(chǎn)生較大的聲壓。

2)接收系數(shù)

(1)壓電電壓系數(shù)g:

電位移恒定時(shí)，單位應(yīng)力變化引起的場(chǎng)強(qiáng)變化； 應(yīng)力恒定時(shí)，單位電位移變化所引起的應(yīng)變變化。g越大，在同樣的聲壓條件下可產(chǎn)生較大的電場(chǎng)強(qiáng)度。

(2)壓電勁度系數(shù)h:

電位移恒定時(shí)，單位應(yīng)變引起的電場(chǎng)強(qiáng)度變化;應(yīng)變恒定時(shí)，單位電位移引起的應(yīng)力變化.小結(jié)：

*d和e表示逆壓電性能，關(guān)系到換能器的發(fā)射性能，所以稱(chēng)為發(fā)射系數(shù)。

*g和h表示正壓電性能，涉及到換能器的接收性能，所以稱(chēng)為接收系數(shù)。

4.頻率常數(shù)N

頻率常數(shù)是確定壓電體幾何尺寸的一個(gè)重要參數(shù)。它只與材料性質(zhì)有關(guān)，與幾何尺寸無(wú)關(guān)。對(duì)于厚度振動(dòng)模式

5、居里點(diǎn)

居里點(diǎn)是表征壓電體可承受的溫度極限值，當(dāng)超過(guò)此溫度時(shí)，電疇結(jié)構(gòu)解體，介電、彈性及熱學(xué)等性質(zhì)均出現(xiàn)反常現(xiàn)象，壓電性能消失。

壓電體材料的上居里點(diǎn)（高溫臨界點(diǎn)）和下居里點(diǎn)（低溫臨界點(diǎn)）相差越大越好，即

工作溫度區(qū)域?qū)挕?/p>

壓電體的壓電性能及熱膨脹性能是各向異性的，不能承受突然的溫度變化。

3.2 壓電振子

壓電體在極化面覆蓋上激勵(lì)電極后，即成為壓電振子。

3.2.1壓電振子的振動(dòng)模式

長(zhǎng)度振動(dòng)（橫向）

伸縮振動(dòng) 厚度振動(dòng)（縱向）

徑向振動(dòng)

振動(dòng)模式厚度切變

切變振動(dòng)

面切變

厚度彎曲（縱向）

彎曲振動(dòng)

長(zhǎng)度彎曲（縱向）

能陷振動(dòng)

醫(yī)學(xué)超聲工程中，多采用伸縮振動(dòng)模式，其中又以厚度伸縮振動(dòng)模式為主。

1、厚度伸縮振動(dòng)：極化方向與電場(chǎng)方向平行時(shí),產(chǎn)生伸縮振動(dòng)。沿厚度方向極化，沿厚度方向施加交變電場(chǎng)，振動(dòng)方 向和超聲波的傳播方向均與電極面垂直。

諧振頻率與厚度的關(guān)系為:

2.長(zhǎng)度伸縮振動(dòng)

壓電振子的極化方向與厚度方向平行，電極面與厚度方向垂直。

薄長(zhǎng)片振子的長(zhǎng)度伸縮振動(dòng)模式的諧振頻率fr與長(zhǎng)度 l 之間的關(guān)系為：

3.徑向伸縮振動(dòng)

沿圓片徑向作伸縮振動(dòng)，在振動(dòng)的厚度方向極化，外 加電場(chǎng)和極化方向平行，振動(dòng)方向與半徑方向平行，與厚 度方向垂直。圓片徑向振動(dòng)的振子諧振頻率與振子直徑（或半徑）成反比。即：

4.厚度切變振動(dòng)

振子的極化方向與激勵(lì)電場(chǎng)方向相垂直，而電極面與 極化方向平行，在交變電場(chǎng)作用下，振子產(chǎn)生沿厚度方向傳播的切變振動(dòng)。

5.能陷振動(dòng)能陷振子的電極面積遠(yuǎn)小于壓電體本身面積。電極體固有頻率小于壓電固有頻率。

彈性波能在電極區(qū)域自由傳播，且隨位置向邊緣靠近，彈性波幅度呈指數(shù)或其它函數(shù)而衰減。分析壓電振子特性的方法主要有兩種

力電類(lèi)比等效電路法：將機(jī)械振動(dòng)變成等效交變 電路形式，求解壓電（電學(xué)←→力學(xué)）轉(zhuǎn)換過(guò)程的特性參數(shù)。

波動(dòng)傳輸法：將壓電振子各部分作為分布參數(shù)，求解滿足波動(dòng)方程及耦合條件的邊值問(wèn)題，常采用有限元等計(jì)算方法，理論上比較嚴(yán)謹(jǐn)而復(fù)雜。

3.2.2 壓電振子的等效電路

C 是壓電振子兩極間的電容，又稱(chēng)靜電容。Cm相當(dāng)于晶片的機(jī)械柔韌性，稱(chēng)為力順，又稱(chēng)為動(dòng)態(tài)電容。Lm是描述振動(dòng)系統(tǒng)慣性的量，稱(chēng)為力質(zhì)量，又稱(chēng)為動(dòng)態(tài)電感。R 是輻射電阻，又稱(chēng)為動(dòng)態(tài)電阻，R=R+R。Rm反映振動(dòng)系統(tǒng)摩擦阻尼，稱(chēng)為力阻，描述機(jī)械損耗。RL描述振動(dòng)系統(tǒng)輻射阻尼的力阻，在真空中等于零。

3.2.3 壓電振子的諧振特性

f ：最小阻抗頻率，亦稱(chēng)最大傳輸頻率或最大導(dǎo)納頻率。

fn：最大阻抗頻率，亦稱(chēng)最小傳輸頻率和最小導(dǎo)納頻率。

f ：壓電振子諧振頻率，在f附近。

f ：壓電振子反諧振頻率，在f附近。

*串聯(lián)諧振頻率

*并聯(lián)諧振頻率

隨著頻率的增加，相應(yīng)的特征頻率為f、f、f、當(dāng)輻射電阻或動(dòng)態(tài)電阻RT=0時(shí)

醫(yī)學(xué)超聲領(lǐng)域多采用厚度伸縮振動(dòng)模式，其反諧振頻率為:

接收換能器的最佳工作頻率應(yīng)當(dāng)工作在反諧振頻率。

有效機(jī)電耦合系數(shù)可表示為:

發(fā)射換能器的最佳工作頻率應(yīng)當(dāng)是串聯(lián)諧振頻率，即

3.3 醫(yī)用超聲換能器種類(lèi)、結(jié)構(gòu)、與特性

3.3.1 醫(yī)用超聲換能器分類(lèi)

3.3.2 醫(yī)用超聲換能器的結(jié)構(gòu)

1.基本單元換能器

單振元超聲換能器內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)

壓電振子——產(chǎn)生壓電效應(yīng)的元件 主體 吸收塊——吸收背向輻射的聲能，稱(chēng)為背材保護(hù)層——減輕振子磨損、進(jìn)行阻抗匹配，稱(chēng)為面材 外殼——為換能器的結(jié)構(gòu)件殼體 接插機(jī)構(gòu)——經(jīng)接插機(jī)構(gòu)與儀器連接 電纜線——超聲電信號(hào)的載體多陣元換能器包括：線陣、相控陣、凸陣、方陣 3.機(jī)械掃描換能器 4.聲學(xué)聚焦換能器（聲速與透鏡形狀的關(guān)系）5.超聲多普勒換能器 脈沖多普勒換能器基本結(jié)構(gòu)和單陣元換能器結(jié)構(gòu)相同，發(fā)射、接收共用一個(gè)壓電振子。在和B型超聲成像復(fù)合而成的超聲系統(tǒng)中，對(duì)于機(jī)械 掃描方式，可附加一探頭作多普勒換能器，也可直接用掃 描成像換能器作為多普勒探頭。電子掃描成像系統(tǒng)中，同樣，既可附加多普勒換能 器，也可選定多陣元中的某一條掃描聲束，從中提取多普勒血流信號(hào)。

連續(xù)波多普勒超聲換能器的特點(diǎn)在于用兩個(gè)晶片分別作為發(fā)射和接收換能器。

1)分隔式：采用一個(gè)壓電晶體片，一面是共同接地端，與人體相接觸，另一面只將電極鍍層從中間分開(kāi)形成發(fā)和收相絕緣的兩個(gè)半片。

2)分離式 ：結(jié)構(gòu)上把同一晶片切開(kāi)，形成同面積的收發(fā)兩個(gè)部分，而且兩部分之間加隔電隔聲材料。

3)重疊式由兩個(gè)晶片重疊構(gòu)成，兩晶片間用同頻率的晶片或厚度適宜的環(huán)氧樹(shù)脂隔離。

3.3.3 醫(yī)用超聲換能器的特性

1.頻率特性

1)工作頻率與頻率調(diào)配

對(duì)于發(fā)射換能器，應(yīng)使附加電感L 與換能器本身的靜態(tài)工作

電容C調(diào)諧于換能器串聯(lián)諧振頻率f。

對(duì)于接收換能器，應(yīng)使L 與C調(diào)諧于換能器并聯(lián)諧振頻率f。

2)頻帶寬度

*PZT超聲換能器本身帶寬受到限制。從提高分辨能力方面來(lái)看，電路的激勵(lì)源的脈沖寬度要盡量窄；系統(tǒng)帶寬越寬越好。從提高信噪比方面來(lái)看，帶寬越窄越好。一般取發(fā)射接收系統(tǒng)帶寬等于換能器帶寬。

2.阻抗匹配

1)電阻抗匹配 換能器等效阻抗等于發(fā)射源內(nèi)阻時(shí)，輸出功率最大。

2)聲阻抗匹配

3.吸收特性 換能器的壓電振子被電脈沖激震后，其兩端面產(chǎn)生震蕩，并分別向前、后傳播。

1）后向波被反射后亦向前傳播，可能出現(xiàn)多次反射；

2）聲震動(dòng)衰減比電脈沖慢，使輻射的超聲波脈沖持續(xù)時(shí)間大于電脈沖的寬度，因而使距離分辨力變壞，盲區(qū)增長(zhǎng)。因此，在壓電振子背部加吸收塊。要求衰減系數(shù)高，聲阻抗與壓電振子接近。常用環(huán)氧樹(shù)脂家鎢粉制成。

4.靈敏度 靈敏度是指在某一具體條件下，能探測(cè)出目標(biāo)大小的能力。輻射效率高，接收靈敏度高的換能器（或有效機(jī)電耦合系數(shù)ke大），探測(cè)靈敏度就大。

5.輻射特性 換能器的輻射特性主要描述輻射聲場(chǎng)在空間的分布狀態(tài)。它主要影響橫向分辨率，探測(cè)靈敏度隨空間位置的分布等參數(shù)。

3.4 醫(yī)用超聲換能器的聲場(chǎng)特性

超聲輻射場(chǎng)是指超聲能量分布的空間，即超聲換能器所發(fā)射的超聲波到達(dá)的區(qū)域。各種換能器輻射的超聲場(chǎng)取決于換能器本身的特性、尺寸、形狀等。

3.4.1 單陣元換能器的超聲場(chǎng)

任何形狀和大小的換能器，其有效的振源表面均可看成許多小面積的聲源，每個(gè)小面積的聲源都可看作一個(gè)簡(jiǎn)單的換能器，它們以合適的方式，應(yīng)用惠更斯原理來(lái)輻射或接收超聲能量。

1、平面圓形換能器的超聲場(chǎng)

1)聲源軸線上的聲壓分布

點(diǎn)聲源在m處產(chǎn)生的聲壓

對(duì)整個(gè)圓面積分，求得軸線上的任一點(diǎn)m的聲壓為：

（1）在Z

極小值點(diǎn)位置為：

（2）最后一個(gè)極大值點(diǎn)位置為（m＝0）：

如果a >>λ，簡(jiǎn)化為

Z 常被作為近場(chǎng)向遠(yuǎn)場(chǎng)過(guò)渡的起始點(diǎn)，擴(kuò)散角為

聲束指向性

（1）指向性函數(shù)D：在換能器遠(yuǎn)場(chǎng)中任一方向上的聲壓幅值

p 與最大值方向上的聲壓幅值p 比。

對(duì)于圓片換能器

J 為第一類(lèi)第一階貝塞爾函數(shù)

（2）波瓣圖

角度為±θ 時(shí)，主瓣波束聲壓降到零，θ稱(chēng)為方向銳度角。

波束寬度：主波束最大響應(yīng)與其兩邊比最大響應(yīng)低某一分貝數(shù)的兩點(diǎn)間的開(kāi)角。常指低3分貝的開(kāi)角，亦即半功率點(diǎn)之間的開(kāi)角，用θ-3dB表示。

2)聲束指向性

（2）波瓣圖

2.振幅漸變式圓片換能器超聲場(chǎng)

盲區(qū)的產(chǎn)生：圓片振源在近場(chǎng)內(nèi)的軸線上或橫截面上出現(xiàn)若干聲壓的極大值與極小值，由于圓片等強(qiáng)度的輻射的聲波相干涉造成的。

解決辦法：使聲源的激發(fā)自中心向邊緣逐漸減弱，即采用非均勻激發(fā)聲源，可改善近場(chǎng)內(nèi)的聲壓分布。

振幅漸變的圓形振子類(lèi)型： 分段型、拋物線型、星型、高斯型（菊花型）

3.矩形平面換能器超聲場(chǎng)（1）聲源軸線上的聲壓分布

2）聲束指向

1）指向性函數(shù)

當(dāng)θ=0時(shí)，在YOZ平面上指向性函數(shù)為：

2)波瓣圖

l ＝l 時(shí)，主聲束呈棱角狀；l

4.聚焦換能器超聲場(chǎng)

聚焦方法包括:聲透鏡聚焦； 聲反射鏡聚焦； 利用曲面換能器直接發(fā)射聚焦聲束。聚焦焦點(diǎn)直徑

第四篇：電磁兼容原理與設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)感受

電磁兼容原理與設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)感受

經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院 交通101班 商福志.學(xué)號(hào)：100205114 漸漸的課程要結(jié)束啦。通過(guò)這門(mén)選修課的學(xué)習(xí)我了解了電磁兼容的重要性、電磁兼容技術(shù)在生活中的廣泛應(yīng)用，并且掌握了電磁兼容設(shè)計(jì)的基本知識(shí)，更加加深了我對(duì)電子電磁學(xué)科的熱愛(ài)。

我為什么要選這門(mén)課？作為一名學(xué)經(jīng)濟(jì)管理的學(xué)生我首選的應(yīng)該是與經(jīng)濟(jì)有關(guān)的選修課，但是選修課與課程沖突，最后我從自身愛(ài)好和現(xiàn)實(shí)實(shí)際出發(fā)選擇了和現(xiàn)實(shí)生活聯(lián)系緊密的課程—電磁兼容原理與設(shè)計(jì)。

從這門(mén)課我學(xué)到的知識(shí)：

1、電磁兼容應(yīng)該在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初始階段考慮才能降低成本且降低設(shè)計(jì)難度；

2、電磁兼容設(shè)計(jì)參考標(biāo)準(zhǔn)：國(guó)軍標(biāo)GJB、國(guó)標(biāo)、美國(guó)國(guó)標(biāo)、美國(guó)國(guó)軍標(biāo)……

3、電磁騷擾和電磁干擾的區(qū)別

4、實(shí)驗(yàn)室：電波暗室、開(kāi)闊場(chǎng)、GTEM室、混響室；

5、電磁干擾源、電磁騷擾源與敏感設(shè)備之間的耦合途徑及防護(hù)措施；

6、電磁兼容設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：分析系統(tǒng)所處的電磁環(huán)境->制定電磁兼容性的大約值->確定安全域度->設(shè)備和電路的電磁兼容設(shè)計(jì)；

7、濾波技術(shù)、屏蔽技術(shù)、接地和搭接技術(shù)的應(yīng)用；

8、系統(tǒng)內(nèi)部電磁兼容性分析和系統(tǒng)間電磁兼容性分析；

9、數(shù)學(xué)模型、電磁兼容計(jì)算軟件的應(yīng)用；

10、開(kāi)闊場(chǎng)地、（ISPR）屏蔽室、電波暗室、混響室、GTEM室、TEM室、法蘭小室在電磁兼容性測(cè)試方面的應(yīng)用；

11、PCB的抗電磁干擾設(shè)計(jì)原則。學(xué)的東西還有很多這里就不在一一最贅述啦。

學(xué)完電磁兼容原理設(shè)計(jì)我對(duì)電磁兼容和生活聯(lián)系的認(rèn)識(shí)：

隨著社會(huì)的發(fā)展電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，電磁環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜。設(shè)備的電磁兼容設(shè)計(jì)面臨越來(lái)越多的難題。電磁場(chǎng)不僅影響機(jī)器設(shè)備，過(guò)量的電磁輻射也危害人類(lèi)身體健康。電磁兼容原理與設(shè)計(jì)涉及生活的方方面面，小到芯片大到航天飛機(jī)。個(gè)人生活方面，在我們身邊的手機(jī)、收音機(jī)、電視機(jī)、個(gè)人電腦等這些東西與我們的生活息息相關(guān)，然而它們帶來(lái)的輻射會(huì)嚴(yán)重的影響我們的身體健康。據(jù)生物學(xué)家研究過(guò)量電磁輻射會(huì)造成影響人的睡眠質(zhì)量，對(duì)兒童的大腦發(fā)育會(huì)有不利影響。社會(huì)生活方面，汽車(chē)、通訊設(shè)施、飛機(jī)等它們的電磁兼容直接影響到人們的生命安全，信息安全、信號(hào)安全直接影響到社會(huì)經(jīng)濟(jì)甚至國(guó)家安全。雷電、太陽(yáng)風(fēng)、宇宙射線等自干擾源直接影響航空航天事業(yè)的發(fā)展。各種信號(hào)傳輸?shù)妮椛涞雀蓴_源使得電磁環(huán)境越來(lái)越越復(fù)雜?？偠灾姶偶嫒菰O(shè)計(jì)面臨越來(lái)越多的挑戰(zhàn)。對(duì)電磁兼容設(shè)計(jì)人員的要求也不斷提高。

自己學(xué)習(xí)電磁兼容原理與設(shè)計(jì)的心得和體會(huì)：電磁兼容原理與設(shè)計(jì)對(duì)我來(lái)說(shuō)是一門(mén)挺難的課程，有很多參數(shù)和公式要記，作為一門(mén)選修課我學(xué)到了很多東西。作為學(xué)管理的就要什么都要懂，即使不精，做到能夠在決策的時(shí)候做出正確的判斷。為經(jīng)濟(jì)決策，保證信息安全，系統(tǒng)安全掌握基本的知識(shí)。有這些知識(shí)我將受益終生。

第五篇：復(fù)雜電磁環(huán)境裝備訓(xùn)練效果評(píng)估模型設(shè)計(jì)研究

復(fù)雜電磁環(huán)境裝備訓(xùn)練效果評(píng)估模型

摘 要： 本文分析了復(fù)雜電磁環(huán)境下裝備維修訓(xùn)練的五個(gè)要素，構(gòu)建 了復(fù)雜電磁環(huán)境下裝備維修訓(xùn)練效果評(píng)估模型。通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查，采用信度和效度分析驗(yàn)證了復(fù)雜電磁環(huán)境下裝備維修訓(xùn)練效果評(píng)估模型，對(duì)部隊(duì)開(kāi)展復(fù)雜電磁環(huán)境下裝備維修訓(xùn)練效果評(píng)估具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞： 復(fù)雜電磁環(huán)境；裝備維修； 評(píng)估模型

0 引言

隨著裝備信息化程度的不斷提高，裝備的電磁敏感度越來(lái)越高。而大量通信、雷達(dá)、電子戰(zhàn)裝備及電磁脈沖武器的使用，又讓?xiě)?zhàn)場(chǎng)空間的電磁環(huán)境變的日益復(fù)雜。這些復(fù)雜多變的電磁環(huán)境對(duì)裝備的安全乃至生存構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，同時(shí)也給裝備維修保障及訓(xùn)練帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。如何有效地開(kāi)展復(fù)雜電磁環(huán)境下裝備維修訓(xùn)練，從而提高部隊(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境下裝備維修保障能力，成為當(dāng)前的一項(xiàng)重要研究課題。因此，進(jìn)行復(fù)雜電磁環(huán)境下裝備維修訓(xùn)練效果模型研究就有了十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。復(fù)雜電磁環(huán)境下裝備維修訓(xùn)練效果的測(cè)量指標(biāo)設(shè)計(jì)

軍事訓(xùn)練要素是軍事訓(xùn)練得以存在與發(fā)展的必要因素，也是訓(xùn)練效果的源泉。本文將復(fù)雜電磁環(huán)境下裝備維修訓(xùn)練的要素概括為： 訓(xùn)練保障、訓(xùn)練環(huán)境、訓(xùn)練教學(xué)、訓(xùn)練管理及訓(xùn)練成績(jī)。其中訓(xùn)練保障是落實(shí)維修訓(xùn)練內(nèi)容的物資前提，訓(xùn)練環(huán)境(本文主要指復(fù)雜電磁環(huán)境)是開(kāi)展復(fù)雜電磁環(huán)境下裝備維修訓(xùn)練的環(huán)境基礎(chǔ)，訓(xùn)練教學(xué)是整個(gè)訓(xùn)練過(guò)程的核心環(huán)節(jié)，訓(xùn)練管理是維持和提高訓(xùn)練質(zhì)量的保證，訓(xùn)練成績(jī)是訓(xùn)練活動(dòng)最主要的輸出。因此，本文將從訓(xùn)練保障、訓(xùn)練環(huán)境、訓(xùn)練教學(xué)、訓(xùn)練管理及訓(xùn)練成績(jī)等五個(gè)維度來(lái)設(shè)計(jì)復(fù)雜電磁環(huán)境下裝備維修訓(xùn)練的效果評(píng)估指標(biāo)。下面分別對(duì)五個(gè)要素展開(kāi)分析。

． 1 訓(xùn)練保障

復(fù)雜電磁環(huán)境下裝備維修訓(xùn)練保障不僅內(nèi)容廣泛(包括經(jīng)費(fèi)保障、教材保障及器材保障等)，而且特點(diǎn)突出。一是維修設(shè)施設(shè)備對(duì)抗電磁干擾能力要求更高。復(fù)雜電磁環(huán)境下裝備維修活動(dòng)應(yīng)盡量在不受電磁干擾的環(huán)境中進(jìn)行，此時(shí)就需要配套的電磁屏蔽設(shè)施設(shè)備，如屏蔽式野戰(zhàn)維修帳篷、修理工程車(chē)、電磁屏蔽方艙等，來(lái)保證維修的有效實(shí)施。二是對(duì)隱蔽偽裝器材的需求量更大。復(fù)雜電磁環(huán)境下，為保證武器裝備和維修設(shè)施的戰(zhàn)場(chǎng)生存，必須對(duì)武器裝備和維修設(shè)施設(shè)備進(jìn)行有效的偽裝，于是對(duì)吸波涂料、偽裝網(wǎng)等隱蔽偽裝物資器材的需求就凸顯出來(lái)。1 ． 2訓(xùn)練環(huán)境

復(fù)雜電磁環(huán)境的構(gòu)建是復(fù)雜電磁環(huán)境下裝備維修訓(xùn)練內(nèi)容得以落實(shí)的前提，而復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)建的針對(duì)性及有效性則是復(fù)雜電磁環(huán)境下部隊(duì)裝備維修保障能力得以生存和提高的保證。因此，在構(gòu)建復(fù)雜電磁環(huán)境時(shí)，一要保證環(huán)境構(gòu)建設(shè)備配套到位；二要按照維修保障所處的戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境，盡可能模擬出復(fù)雜的電磁環(huán)境[ 3 1，以滿足貼近裝備維修保障

實(shí)際、適應(yīng)裝備維修保障需要的要求。

． 3訓(xùn)練教學(xué)

訓(xùn)練教學(xué)是訓(xùn)練活動(dòng)過(guò)程的重要環(huán)節(jié)，而訓(xùn)練教學(xué)的成敗直接關(guān)系著訓(xùn)練內(nèi)容的落實(shí)與否，關(guān)系到最終的訓(xùn)練效果。通過(guò)有效的訓(xùn)練教學(xué)，受訓(xùn)人員才能夠掌握復(fù)雜電磁環(huán)

境下裝備維修的理論知識(shí)和技能。成功的訓(xùn)練教學(xué)既依賴(lài)于教練員過(guò)硬的素質(zhì)，同時(shí)也依賴(lài)于有效的教學(xué)方法和教學(xué)手段。

i ． 4訓(xùn)練管理

復(fù)雜電磁環(huán)境下裝備維修訓(xùn)練管理是為實(shí)現(xiàn)裝備維修訓(xùn)練目標(biāo)而對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境下裝備維修訓(xùn)練內(nèi)容、方法、人員、物資器材、信息等進(jìn)行的決策、計(jì)劃、組織、指導(dǎo)、協(xié)調(diào)、控制的過(guò)程。目的是使復(fù)雜電磁環(huán)境下裝備維修訓(xùn)練具有周密的安排，正常的秩序，嚴(yán)格的制度，并能合理地利用時(shí)間、經(jīng)費(fèi)、物資等，力求以最短的時(shí)間、最少的耗費(fèi)，獲得最佳的訓(xùn)練效果。

． 5訓(xùn)練成績(jī)

對(duì)訓(xùn)練效果進(jìn)行評(píng)估，既要評(píng)估訓(xùn)練過(guò)程，也要評(píng)估訓(xùn)結(jié)果。因此，復(fù)雜電磁環(huán)境下裝備維修訓(xùn)練效果評(píng)估也要重點(diǎn)考查修理分隊(duì)在復(fù)雜電磁環(huán)境下裝備維修訓(xùn)練的績(jī)· 裝備保障綜合演練是對(duì)修理分隊(duì)裝備維修保障能力的驗(yàn)，也是對(duì)訓(xùn)練效果的檢驗(yàn)。因此，在對(duì)修理分隊(duì)的訓(xùn)練成進(jìn)行評(píng)估時(shí)，應(yīng)對(duì)修理分隊(duì)在裝備保障綜合演練中的表，尤其要對(duì)演練中修理分隊(duì)的組織部署能力、裝備搶修能、防衛(wèi)生存能力及信息防護(hù)能力等加以評(píng)估。

結(jié)合上述分析，本文提出了復(fù)雜電磁環(huán)境下裝備維修訓(xùn)效果評(píng)估模型，如表一所示。2 · 1問(wèn)卷的設(shè)計(jì)及樣本的選擇

調(diào)查問(wèn)卷采用李克特 7 度量表，從“ 非常重要 ”、“ 比較重要”、“ 重要”、“ 一般”、“ 不重要”、“ 比較不重要 ” 到“ 非常不重要” 分別給予 7、6、5、4、3、2、1的分?jǐn)?shù)，請(qǐng)調(diào)查對(duì)象根據(jù)自己主觀感受對(duì)因素層 2 4項(xiàng)指標(biāo)分別進(jìn)行打分。本次調(diào)查對(duì)象為部隊(duì)裝備機(jī)關(guān)及修理分隊(duì)參訓(xùn)人員。本次調(diào)查共發(fā)放問(wèn)350份，回收303 份，其中有效份數(shù)295份，回收率與有效卷比率均比較高。

· 2問(wèn)卷信度檢驗(yàn)

本研究使用S P S S I · 0 軟件計(jì)算各評(píng)估指標(biāo)的均值和標(biāo)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表二所示。信度分析是為了驗(yàn)證各個(gè)測(cè)量的可靠性?？煽啃允侵覆煌瑴y(cè)量者使用同一測(cè)量工具的性水平，用以反映相 同條件下重復(fù)測(cè)量結(jié)果的近似程?？煽啃砸话憧赏ㄟ^(guò)檢驗(yàn)測(cè)量工具的內(nèi)部一致性來(lái)實(shí)現(xiàn)[ s l。本研究采用 C r o n b a c h t s A l p h a系數(shù)來(lái)衡量調(diào)查問(wèn)卷的信度。經(jīng)過(guò)。1 3運(yùn)算求出調(diào)查問(wèn)卷中各變量的C b a c h s A 1 p h 系數(shù)，如表二所示?？梢钥闯?，所有變量以及整個(gè)調(diào)查問(wèn)卷的～致性系數(shù)均大于 0。5，說(shuō)明本調(diào)查問(wèn)卷具有可靠性。．3問(wèn)卷效度檢驗(yàn)

效度指測(cè)量工具能夠正確測(cè)量出所要測(cè)量的特質(zhì)的程度，分為內(nèi)容效度、效標(biāo)效度和結(jié)構(gòu)效度三個(gè)主要類(lèi)型。在調(diào)查問(wèn)卷的效度分析中，主要進(jìn)行內(nèi)容效度和結(jié)構(gòu)效度的檢驗(yàn)。內(nèi)容效度也稱(chēng)表面效度或邏輯效度，是指測(cè)量目標(biāo)與測(cè)量?jī)?nèi)容之間的適合性與相符性。筆者邀請(qǐng)了三位復(fù)雜電磁環(huán)境及裝備維修訓(xùn)練領(lǐng)域的專(zhuān)家和兩位修理分隊(duì)主官對(duì)基本模型進(jìn)行評(píng)判，他們一致認(rèn)為，該指標(biāo)體系邏輯結(jié)構(gòu)合理，符合部隊(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境下裝備維修訓(xùn)練效果評(píng)估的要求，內(nèi)容效度較好。結(jié)構(gòu)效度也稱(chēng)構(gòu)想效度、建構(gòu)效度或理論效度，是指測(cè)量工具反映概念和命題的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的程度，也就是說(shuō)如果問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果能夠測(cè)量其理論特征，使調(diào)查結(jié)果與理論預(yù)期一致，就認(rèn)為數(shù)據(jù)是具有結(jié)構(gòu)效度的。它一般是通過(guò)測(cè)量結(jié)果 與理論假設(shè)相比較來(lái)檢驗(yàn)的。確定結(jié)構(gòu)效度的基本步驟是，首先從某一理論出發(fā)，提出關(guān)于特質(zhì)的假設(shè)，然后設(shè)計(jì)和編制測(cè)量并進(jìn)行施測(cè)，最后對(duì)測(cè)量的結(jié)果采用相關(guān)分析或因子 分析等方法進(jìn)行分析，驗(yàn)證其與理論假設(shè)的相符程度。本文通過(guò)驗(yàn)證性 因子分析的模型擬合情況來(lái)對(duì) 問(wèn)卷的結(jié)構(gòu)效度進(jìn)行檢驗(yàn)。本文采用了S P S S 1 3 ． 0和 L I S R E L 8 ． 8 0進(jìn)行驗(yàn)證性因子分析(固定方差法)，其結(jié)果如表三所示。驗(yàn)證性因子模型的整體評(píng)價(jià)依據(jù)是絕對(duì)擬合指數(shù)和相對(duì)擬合指數(shù)。一般認(rèn)為，絕對(duì)擬合指數(shù)小于 3，模型擬合較好； R M s E A 其值小于 0。0 5，表示模型擬合較好，在 0 ．0 55 ．

[ 2 J 吳銓敘 ． 軍事訓(xùn)練學(xué) [ M J ． 北京： 軍事科學(xué)出版社，2 00 3．

[ 3 ] 周明軍，孫宏 ． 裝備保障訓(xùn)練復(fù)雜電磁環(huán)境構(gòu)建探析 [ J ] ． 裝備指揮技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2 0 0 9，2 0(1)： 1 2-1 5 ．

[ 4 ] 胡利 民． 裝備訓(xùn)練學(xué) [ M ] ． 北京： 國(guó)防工業(yè)出版社，00 4．

[ 5 ] 馬慶國(guó)． 管理統(tǒng)計(jì)——數(shù)據(jù)獲取、統(tǒng)計(jì)原理、S P S S工具與應(yīng)用研究 [ M ] ． 北京： 科學(xué)出版社，2 0 0 3 ．

[ 6 ] 侯杰泰，溫忠麟，成子娟 ． 結(jié)構(gòu)方程模型及其應(yīng)用 [ M ] ． 北京： 教育科學(xué)出版社，2 0 0 4 ．