[发明专利]一种可调梯度声阻抗匹配层

权利要求书

1.一种可调梯度声阻抗匹配层，其特征在于，该声阻抗匹配层(2)包括：第一待匹配材料(1)、压电陶瓷层(2)和第二待匹配材料层(3)；所述压电陶瓷层(2)安装在第一待匹配材料(1)与第二待匹配材料(3)之间，所述压电陶瓷层(2)包括多个串联连接的压电陶瓷片(5)和对应的外接分流电路(4)；

每个压电陶瓷片(5)独立连接外接分流电路(4)，通过调控外接分流电路(4)，使每个压电陶瓷片(5)的声阻抗值呈梯度渐变分布；

所述外接分流电路包括：电容、电阻、可变电阻、单刀双掷开关、可变电容和运算放大器；

运算放大器的正向输入端分别连接电阻和可变电阻，其中，可变电阻并联在运算放大器的正向输入端和其输出端；电阻和可变电容串联后再并联在运算放大器的正向输入端和反向输入端，单刀双掷开关的一端连接在电阻与可变电容之间，其另一端连接在运算放大器的反向输入端；电容并联在运算放大器的反向输入端和其输出端；

当单刀双掷开关的第一脚(6)连接可变电容，外接分流电路等效为正等效电容；

当单刀双掷开关的第二脚(7)连接运算放大器，形成反馈电路，外接分流电路等效为负等效电容；其中，反馈电路的负反馈的输入端和输出端并联电容，反馈电路的正反馈的输入端和输出端并联可变电阻器，再串联电阻；负反馈的供电端提供负反馈电压，正反馈的供电端提供正反馈电压。

2.根据权利要求1所述的可调梯度声阻抗匹配层，其特征在于，所述多个压电陶瓷片(5)呈层叠状串联连接，且沿轴向进行极化，每个压电陶瓷片(5)的两端覆盖薄电极。

3.根据权利要求1所述的可调梯度声阻抗匹配层，其特征在于，所述当单刀双掷开关的第一脚(6)连接可变电容，外接分流电路等效为正等效电容；则压电陶瓷片(5)的正等效声阻抗为：

其中，ρ是压电陶瓷片的密度；v是压电陶瓷片的纵波速度，为轴向弹性柔顺系数；g₃₃为轴向压电电压系数；为轴向介电隔离率；C₀为压电陶瓷片的钳定电容；C_eff'为正等效电容：

C_eff'＝C'

其中，C'为可变电容的电容值。

4.根据权利要求1所述的可调梯度声阻抗匹配层，其特征在于，当单刀双掷开关的第二脚(7)连接运算放大器，外接分流电路等效为负等效电容；则压电陶瓷片(5)的负等效声阻抗Z_eff为：

其中，ρ是压电陶瓷片的密度；v是压电陶瓷片的纵波速度，为轴向弹性柔顺系数；g₃₃为轴向压电电压系数；为轴向介电隔离率；C₀为压电陶瓷片的钳定电容；C_eff为负等效电容：

其中，R₁为电阻的阻值；R₂为可变电阻的阻值；C为电容的电容值。

5.根据权利要求1所述的可调梯度声阻抗匹配层，其特征在于，所述第一待匹配材料(1)与第二待匹配材料(3)是任意两种声阻抗失配的基底材料，且二者之间的声阻抗具有差异。

6.根据权利要求1所述的可调梯度声阻抗匹配层，其特征在于，所述第一待匹配材料(1)为不锈钢圆柱体；所述第二待匹配材料(3)为有机玻璃圆柱体。

7.根据权利要求6所述的可调梯度声阻抗匹配层，其特征在于，所述压电陶瓷片(5)为圆形压电陶瓷片。