PVDF薄膜或压电复合材料

对于空气耦合超声应用，两个参数起主要作用：耦合

系数和声阻抗。耦合系数K定义了能量的有效性

超声波换能器转换：

K2=DW/W，（3）

式中，DW是转换的能量，W是应用的能量。声阻抗ZA定义

由于传感器和空气之间的阻抗不匹配，传输能量衰减。

空气耦合超声换能器对的灵敏度可通过比率W2/W1进行估算，

式中，W1是应用于变送器的电能（或功率），W2是电能

在接收器处测量。考虑两个能量转换过程和两个传感器空气

接口通向W2/W1=K2T1T2K2，（4）

其中T1和T2是传感器空气和空气传感器传输系数。假使

我们获得的正常声入射

T1=4扎伊尔/（扎伊尔+扎伊尔）2和T2=4扎伊尔/（扎伊尔+扎伊尔）2，（5）

至ZA>>Zair和W2/W1»16 K4Zair

2/ZA

2. (6)

因此，K4/ZA的值

2描述了压电材料在空气耦合中的效率

超声波应用，可作为优点：

FOM=104K4/ZA

2, (7)

ZA所在的位置【MRayl】。低耦合系数使EMFIT薄膜的应用复杂化，但

考虑到优值（即两个重要参数K和ZA），EMFIT

与压电聚合物薄膜（PVDF）、复合材料或

陶瓷（见表1）。

电极的材料和厚度都会影响

EMFIT薄膜（图1、2）。通过将电极厚度从100 nm增加到300 nm

降低共振频率，扩散和减少共振异常，以及

归一化机械夹紧电容CS的减小。这对两个Al都有效

电极和铬/铝电极。归一化机械箝位电容CS的变化

反映（根据方程式（1））耦合系数K33的变化。样品（2）和（4）具有

与无电极薄膜相同的CS，对应的耦合系数K33=0.05。在里面

样品（3）中，耦合系数降低至K33=0.04，甚至在样品（5）中降低至K33=0.032。在里面

样本（1）的情况下，归一化机械夹紧电容CS和耦合系数

与无电极的薄膜相同（K33=0.06）。将EMFIT薄膜嵌入

我们观察到共振频率进一步降低。然后我们还发现扩散和

减少共振异常（图1，左），但箝位电容CS不变。

因此，嵌入传感器中的EMFIT薄膜具有薄蒸发电极、样品

（1） ，（2）und（4），保持耦合系数K33的值=0.05− 自由胶片的0.06特性

无电极。

为了首次用于机载超声实验，我们还构建了一个简单的无损检测系统

在该装置中，我们证明了我们的

EMFIT传感器。进行了空气耦合超声脉冲回波实验（图4）

用阶梯楔样品取出。通过测量延迟时间，我们发现了良好的信噪比

以及良好的空间分辨率。空气耦合系统的定量NDE研究

随后将进行性能测试。

图2：从左至右：EMFI传感器，被测样品（阶梯楔），2D扫描（扫描区域为12 cm x

12cm）作为延迟时间的函数，延迟时间的线扫描显示出明显的阶跃。

0 2 4 6 8 10 1 2

0

2.

4.

6.

8.

10

12

0 2 4 6 8 10 12

310

320

330

340

350

延迟时间（ms）

时间（ms）

4结论

我们对市售EMFIT薄膜的阻抗谱研究表明

机电性能空气耦合超声应用：高频

机电共振（厚度模式高于500 kHz），非常低的声阻抗

ZA=0.028− 0.040 MRayl，低介电和机械损耗，无介质色散

机电共振。低耦合系数K33=0.06使应用复杂化，但

考虑到K33和ZA这两个重要参数，EMFIT薄膜与

PVDF薄膜或压电复合材料。高频超声传感器（传感器），基于

开发并测试了带有薄蒸发铝和金电极的EMFIT薄膜。虽然我们

使用简单的NDE测量装置，EMFIT传感器的高灵敏度在气耦中得到了证明

超声波脉冲回波实验。

5致谢

作者感谢R.Gerhard教授（波茨坦大学）的有益讨论，

M.Weise先生（BAM，柏林）负责电极沉积，Ch.Lappöhn先生（BAM，柏林）负责

他的技术援助。