案例：高壓功率放大器在復合材料線聚焦空耦超聲傳感器應用

　　實驗名稱：基于氣體基壓電復合材料的線聚焦空耦超聲傳感器研制與應用

　　研究方向：

　　目前，國內外關于晶硅太陽能電池缺陷檢測的方法主要有：光致熒光法、電致發光法和超聲諧振技術等。采用光致熒光譜法，對比光致熒光信號的強度能充分反映出晶硅材料表面缺陷的深度。采用電致發光法辨別出了晶硅的內部和外部缺陷，對裂紋、斷柵進行了識別和定位。提出了使用超聲諧振技術對全尺寸晶硅片進行缺陷檢測，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現對晶硅材料不同類型缺陷的檢測，但由于相關檢測設備價格昂貴、檢測速度慢、檢測精度低等，導致這些方法很少被應用到實際工程檢測之中。近年來，超聲導波技術逐漸成為了一種常用的無損檢測方法，因其具有檢測范圍大、檢測效率高等優勢，被廣泛地應用到了晶硅材料的缺陷檢測中。

　　實驗內容：

　　制作氣體基線聚焦壓電復合材料的具體制備流程中的壓電復合材料是將壓電陶瓷柱涂覆環氧膠后填入樹脂基框架中常溫固化所得。采用精細研磨的工藝去除多余的壓電柱部分，使其上下表面均達到鏡面等級。采用濺射鍍膜的工藝對上下表面附著金屬電極，最后得到的氣體基線聚焦壓電復合材料實物。對制作出的氣體基線聚焦壓電復合材料進行清洗、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，與仿真計算結果較為接近，且傳感器的中心頻率約為１５０ｋＨｚ。由此可計算出在傳感器的中心頻率下，聚焦聲場的ｄＬ和ｄＦ分別為１．８８ｍｍ和１０．４５ｍｍ，與仿真結果較為接近。為了測得氣體基線聚焦壓電復合材料的聲阻。

　　測試系統：

　　采用基于空耦超聲傳感器的Lamb波檢測技術，對有裂紋缺陷的單晶硅太陽能電池片進行非接觸式檢測。電池片基本結構如圖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，形成負電極。電池片內單晶硅的上部分為Ｎ型區域，下部分為Ｐ型區域，Ｐ型區域下方覆有一層鋁膜作為正電極。

　　選擇空氣耦合超聲檢測系統為實驗系統，系統中運動平臺控制傳感器的移動和掃描，函數發生器AFG3021B負責產生激勵信號，高壓功率放大器ATA-2021B高壓放大器用于對激勵信號進行放大，DPO4054數字示波器負責激勵信號的顯示以及接收信號的采集，并最終送入計算機中進行數據處理和分析。

　　結論：

　　（１）通過仿真分析與結構建模，采用壓電柱切割、三維打印、精細研磨、濺射鍍膜等工藝實現了氣體基線聚焦壓電復合材料的制作，最終制得的傳感器具有低聲阻抗特性，更適用于空耦檢測環境；

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

　　圖：缺陷檢測實測信號                                    圖：接受信號與參考信號的相關系數

　　

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