钢轨检测压电超声换能器宽频阻抗匹配研究

来源：电子测量技术杂志2023年第1期北京时间：

作者：王刚，魏小源，黄玲，许子健，梅潭

单位：1.兰州理工大学电气工程与信息工程学院 兰州 730050; 2.甘肃省工业过程先进控制重点实验室 兰州 730050; 3.兰州理工大学电气与控制工程国家级实验教学示范中心 兰州 730050

摘要：针对钢轨损伤检测系统中压电超声换能器与激励源存在阻抗失配，以及压电超声换能器带载后谐振频率偏移等问题，本文对压电超声换能器宽频阻抗匹配进行研究。首先，对压电超声换能器BVD模型参数进行优化。其次，基于上述模型，设计4种匹配网络，对其性能进行比较分析，从而确定最佳网络拓扑结构和参数。最后，基于一发一收实验平台，测试对比匹配前后压电超声换能器的接收信号。测试结果表明，本文设计的阻抗匹配网络可以实现对压电超声换能器的高效匹配，匹配后发射换能器有功功率平均提升了197.38%，工作带宽从1.44 kHz提升至2.22 kHz。同未匹配和传统L型匹配网络相比，本文设计的宽频阻抗匹配网络使得发射强度分别提升了61.07%和18.05%，压电超声换能器在工作带宽内均可达到良好的发射状态。

关键词：钢轨检测;压电超声换能器;阻抗匹配;最优参数;工作带宽

基金资助：国家自然科学基金(62101228)、甘肃省青年科技基金(21JR7RA245)、甘肃省科技重点研发项目(20YF3GA018)、甘肃省工业过程先进控制重点实验室开放基金(2022KX05)、甘肃省高等学校青年博士基金(2022QB-053)项目资助