案例：高壓功率放大器在復(fù)合材料線聚焦空耦超聲傳感器應(yīng)用

　　實(shí)驗(yàn)名稱：基于氣體基壓電復(fù)合材料的線聚焦空耦超聲傳感器研制與應(yīng)用

　　研究方向：

　　目前，國內(nèi)外關(guān)于晶硅太陽能電池缺陷檢測(cè)的方法主要有：光致熒光法、電致發(fā)光法和超聲諧振技術(shù)等。采用光致熒光譜法，對(duì)比光致熒光信號(hào)的強(qiáng)度能充分反映出晶硅材料表面缺陷的深度。采用電致發(fā)光法辨別出了晶硅的內(nèi)部和外部缺陷，對(duì)裂紋、斷柵進(jìn)行了識(shí)別和定位。提出了使用超聲諧振技術(shù)對(duì)全尺寸晶硅片進(jìn)行缺陷檢測(cè)，通過諧振頻率的漂移量和帶寬來確定裂紋的尺寸。雖然利用上述方法能夠部分實(shí)現(xiàn)對(duì)晶硅材料不同類型缺陷的檢測(cè)，但由于相關(guān)檢測(cè)設(shè)備價(jià)格昂貴、檢測(cè)速度慢、檢測(cè)精度低等，導(dǎo)致這些方法很少被應(yīng)用到實(shí)際工程檢測(cè)之中。近年來，超聲導(dǎo)波技術(shù)逐漸成為了一種常用的無損檢測(cè)方法，因其具有檢測(cè)范圍大、檢測(cè)效率高等優(yōu)勢(shì)，被廣泛地應(yīng)用到了晶硅材料的缺陷檢測(cè)中。

　　實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

　　制作氣體基線聚焦壓電復(fù)合材料的具體制備流程中的壓電復(fù)合材料是將壓電陶瓷柱涂覆環(huán)氧膠后填入樹脂基框架中常溫固化所得。采用精細(xì)研磨的工藝去除多余的壓電柱部分，使其上下表面均達(dá)到鏡面等級(jí)。采用濺射鍍膜的工藝對(duì)上下表面附著金屬電極，最后得到的氣體基線聚焦壓電復(fù)合材料實(shí)物。對(duì)制作出的氣體基線聚焦壓電復(fù)合材料進(jìn)行清洗、引線，最終裝配成氣體基線聚焦空耦傳感器。其最小諧振頻率ｆｍ為１５０ｋＨｚ，最大諧振頻率ｆｎ為１７３ｋＨｚ，與仿真計(jì)算結(jié)果較為接近，且傳感器的中心頻率約為１５０ｋＨｚ。由此可計(jì)算出在傳感器的中心頻率下，聚焦聲場(chǎng)的ｄＬ和ｄＦ分別為１．８８ｍｍ和１０．４５ｍｍ，與仿真結(jié)果較為接近。為了測(cè)得氣體基線聚焦壓電復(fù)合材料的聲阻。

　　測(cè)試系統(tǒng)：

　　采用基于空耦超聲傳感器的Lamb波檢測(cè)技術(shù)，對(duì)有裂紋缺陷的單晶硅太陽能電池片進(jìn)行非接觸式檢測(cè)。電池片基本結(jié)構(gòu)如圖１１所示，其尺寸為１２５ｍｍ×１２５ｍｍ×２２０μｍ。電池片上表面覆有一層減反射膜，減反射膜上表面有負(fù)電極，其中兩條較粗的平行電極為主電極，與其垂直的若干平行電極為柵電極，柵電極均與主電極相連，形成負(fù)電極。電池片內(nèi)單晶硅的上部分為Ｎ型區(qū)域，下部分為Ｐ型區(qū)域，Ｐ型區(qū)域下方覆有一層鋁膜作為正電極。

　　選擇空氣耦合超聲檢測(cè)系統(tǒng)為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制傳感器的移動(dòng)和掃描，函數(shù)發(fā)生器AFG3021B負(fù)責(zé)產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，高壓功率放大器ATA-2021B高壓放大器用于對(duì)激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行放大，DPO4054數(shù)字示波器負(fù)責(zé)激勵(lì)信號(hào)的顯示以及接收信號(hào)的采集，并最終送入計(jì)算機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

　　結(jié)論：

　　（１）通過仿真分析與結(jié)構(gòu)建模，采用壓電柱切割、三維打印、精細(xì)研磨、濺射鍍膜等工藝實(shí)現(xiàn)了氣體基線聚焦壓電復(fù)合材料的制作，最終制得的傳感器具有低聲阻抗特性，更適用于空耦檢測(cè)環(huán)境；

　　（２）利用空耦Ｌａｍｂ波檢測(cè)技術(shù)，成功將氣體基線聚焦空耦傳感器應(yīng)用于單晶硅太陽能電池片裂紋缺陷的非接觸式檢測(cè)，并實(shí)現(xiàn)了對(duì)電池片中裂紋缺陷的定位。

　　圖：缺陷檢測(cè)實(shí)測(cè)信號(hào)                                    圖：接受信號(hào)與參考信號(hào)的相關(guān)系數(shù)

　　

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