基于背衬层匹配的压电式柔性超声传感器优化

于永洁; 杜昱錡; 黄仕磊; 甘芳吉

doi:10.13705/j.issn.1671-6833.2025.01.006

郑州大学学报（工学版） ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (01) : 98 -104+112. DOI: 10.13705/j.issn.1671-6833.2025.01.006

基于背衬层匹配的压电式柔性超声传感器优化

于永洁, 杜昱錡, 黄仕磊, 甘芳吉

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摘要

基于聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜的柔性超声传感器具有体积小、质量轻、易于阵列化等优点，但容易受到背部杂波干扰和阻抗不匹配的影响，导致回波信号频率成分复杂且信噪比较低。为有效吸收传感器背部杂波，提升超声波单向辐射的能力，利用钨粉和硅胶设计针对柔性超声传感器的背衬层，在保持传感器整体柔性的同时使传感器的信号电压幅值提高了200%。其次，根据柔性超声传感器的电学特性提出了柔性超声传感器阻抗匹配优化方法，并通过实验获得最佳匹配参数，使传感器的信噪比从2 dB提高到30 dB。优化后的柔性超声传感器具有宽频带、高频率、窄脉冲的优良性能，对不同曲率、不同壁厚的管道试件厚度的测量实验结果表明其可以达到0.01 mm的精度。