钹式换能器制作工艺与实验研究

设计方法与制作工艺是开发低频钹式换能器的核心技术.首先在继承传统压电材料制作工艺的基础上,根据钹式换能器的设计规律,研制了含有低频换能器在内的多套金属帽冲压模具,比较了粘结剂、金属材料等的不同特点,给出了合成钹式阵元的一般性方法,掌握了制作钹式阵元的特殊工艺,由此可开发系列阵元;然后,针对其中的低频阵元,在消声水池实验中分别对阵元的共振频率、发射幅压响应、自由场接收灵敏度等进行了测试.实验结果表明,低频钹式阵元具有较好的接收效果,单个5 kHz钹式阵元在0～40 kHz工作时,其自由场接收灵敏度在-170 ～-150 dB之间,其发射幅压值135 dB,可通过成阵提高发射指标.研究结果为开发新型钹式声学装置提供了依据.     

低频钹式换能器的有限元分析

为进行低频钹式换能器的有限元分析,研究钹式换能器的性能指标,通过有限元方法建立了换能器的轴对称模型,计算发现,低频钹式换能器的谐振频率可达到2 kHz,结果表明,探索低频钹式换能器的性能指标和振动规律,为开发低频钹式换能器提供了新的途径。     

钹式换能器的有限元设计与分析

为研究钹式换能器共振频率随结构参数变化的规律,分析换能器的性能,建立了钹式换能器的有限元对称模型,探讨了钹式换能器的结构参数与共振频率之间的关系,得出影响共振频率的关键因素。依据结构参数与共振频率的关系,设计了不同结构参数的钹式换能器,通过仿真计算,得到满足不同性能要求的钹式换能器,为开发小功率发射换能器和新型换能器提供了一种途径。     

基于钹式压电阵列的引信发电装置

针对现有引信压电电源发电时间短的问题,设计制作了以弹簧-质量块和压电换能器为主要部件的引信发电装置。该装置能将弹药发射瞬间的冲击能量收集并转换为持续的电能输出。测试结果表明,冲击加载、换能器结构、换能器层数、质量块等对其发电性能有不同的影响规律,且钹式叠堆结构发电性能优于薄片压电叠堆,所提出改进后的发电装置发电时间能达到2.499s,有效延长了引信压电发电装置的供电时间。     

基于钹式压电阵列的新型引信发电装置设计制作及试验测试

针对现有引信冲击式压电发电机电能输出小、发电时间短等问题,设计制作了一种基于钹式压电换能器阵列的新型引信发电装置。将压电发电理论与振动理论相结合建立了其发电模型,并利用所构建的冲击试验装置模拟弹药发射环境,对其发电能力进行了测试。研究结果表明,该发电装置能有效收集发射环境中的冲击能,并利用质量弹簧组件及钹式换能器阵列将其转换为持续的电能输出。当冲击加载为209.05 g时,其电能输出时间达到2.499 s。     

引信钹式压电阵列发电装置的设计与分析

为弥补现有引信压电电源电能输出少、供电时间短的缺点,文中设计出一种新型引信用钹式压电阵列发电装置,并对其工作原理进行了分析。而后对钹式压电阵列的发电特性进行了研究,并采用总能量求偏导法推导出并联钹式压电阵列的输出电压公式,最后利用Matlab软件进行了数值分析。研究结果表明该新型结构设计能够高效收集诸如发射环境中的冲击能量,在很大程度上提高了压电发电装置的机电转换效率。     

Cymbal 换能器技术的新进展

为有效提高谐振点附近的频带宽度、改善Cymbal换能器的耐压性能,提高接收灵敏度,降低频率,减小体积,设计双谐振Cymbal换能器和凹型Cymbal换能器。采用有限元分析方法,借助ANSYS软件,通过仿真计算电压位置及Cymbal壳体的空腔高度对阻抗、收发频带宽度、发送电压响应及自由场电压接收灵敏度的影响,以及压电陶瓷环的厚度对凹型Cymbal换能器机电性能的影响。结果表明,双谐振Cymbal换能器和凹型Cymbal换能器能为Cymbal换能器的工程应用奠定坚实的基础。     

某型拖曳接收换能器的改进研究

为提高拖曳接收换能器的灵敏度,对该换能器的性能进行改进研究。对拖曳接收换能器的电声性能进行有限元仿真,将原拖曳接收换能器内有机玻璃盖板替换为铜质盖板及在压电陶瓷圆管内增加软木橡胶背衬,并对改进前后的性能进行对比分析。结果表明,改进后的拖曳接收换能器的灵敏度起伏在4 dB以内,且指向性特性没有明显变化。通过改进设计后,能大幅减小换能器的灵敏度起伏,可简化后级处理电路,同时提高系统的动态范围。     

水声换能器发射性能的有限元分析

研究了Tonpilz水声换能器各结构参数对其发射性能的影响。利用流体-结构耦合分析对换能器水中声辐射进行了二维压电耦合场计算。研究了锥形盖板和方形盖板对换能器发射性能的影响,找出了各结构参数对换能器发射性能的影响规律并绘制了不同尺寸下发射电压响应的变化曲线,结果表明,获得优化的结构尺寸使换能器的发送电压响应有了显著提高。     

碰击式压电引信压电机构中应力波的传播分析

本文根据应力波的基本理论近似地分析计算了弹丸碰击钢甲时,头部碰击式压电引信压电机构中应力波的传播过程,得出了不同结构中压电陶瓷轴向应力的近似值,从而说明了不同结构、结构中不同材料的零件以及弹丸碰击钢甲时的着速(即碰击速度)对陶瓷轴向应力的影响,也就是对引信的瞬发度与灵敏度的影响。