一种随钻四极子复合发射换能器的设计

设计了一种基于金属基片结构的随钻四极子复合发射换能器。采用有限元法数值模拟了换能器的频域及时域声学响应,考察了钻铤结构及声源激励脉冲宽度对其声学特性的影响,实际封装制作了发射换能器并进行了消声水池实验测试。测试结果表明,该发射换能器的谐振频率、发射电压级及水平指向性与数值模拟结果吻合较好。该换能器在频率4.7 kHz附近存在一阶弯曲振动模态,其发射电压级可达126.2 dB,具备低频、大功率的辐射特点,可满足随钻四极子声波测井需求。     

声透镜指向性换能器研究

该文利用声学透镜使声波能量聚焦,实现小尺寸换能器窄波束声辐射。利用有限元方法分别建立了单凹面声透镜及双凹面声透镜仿真模型,优化了声透镜结构参数,设计并制作了双凹面声透镜指向性换能器,并在消声水池内对换能器样机和声透镜进行了性能测试。换能器样机辐射面积直径?120 mm,设置声透镜后,提高发送电压响应级4 dB,发射指向性-3 dB波束开角由76°变为约30°(@10 kHz),与仿真计算结果相符。实验结果表明,声透镜有效减小了换能器发射波束宽度,提高了换能器主瓣发送电压响应,验证了双凹面声透镜对优化换能器指向性的效果。     

宽带高灵敏水声换能器的研究

为了提升声纳系统的探测性能，该文从扩展水声换能器带宽和提高灵敏度两方面出发，研制了一种“金字塔”结构的宽带高灵敏水声换能器，并选择单金属板空气柱型压电材料作为宽带高灵敏换能器的有源材料。对敏感元件进行机电等效分析和有限元仿真，获得压电材料尺寸的优选范围。根据多模耦合理论设计了“金字塔”型的换能器敏感元件结构。通过建立换能器的制作工艺流程，研制出宽带高灵敏换能器样机。测试结果表明，发送电压响应最高为182.9 dB,发射带宽为170 kHz,接收灵敏度最高达到-173.7 dB,接收带宽为110 kHz,-6 dB波束开角为8.1°。     

串叠复合材料圆环阵水声换能器设计及制备

提出了一种新型高频宽带压电复合材料圆环阵换能器,综合采用了压电复合材料和多模耦合振动来拓展换能器带宽。通过ANSYS软件对其进行有限元建模仿真,得到了该换能器谐振频率和带宽随压电陶瓷圆环厚度、高度和平均半径的变化规律,并根据仿真结果确定了换能器敏感元件最优设计方案。由最优参数加工得到用于叠堆的两个压电复合材料圆环,并将两压电复合材料圆环轴向叠堆,最终制作了双圆环叠堆压电复合材料水声换能器。经测试,该新型换能器形成了明显的双模耦合振动,其-3dB工作带宽为320~410kHz,最大发送电压响应达147.8dB。研究结果表明,利用复合材料和多模耦合振动可以大幅度拓展高频换能器的带宽。     

对置式宽带宽波束换能器

针对宽带宽波束换能器实现问题,该文在已有换能器结构基础上提出了一种同轴对置结构实现水平径向360°的宽波束覆盖的新方法。采用有限元法对比分析了已有结构和两种对置结构换能器的发送电压响应(TVR)和指向性。结果显示,当障板尺寸为?100 mm×7 mm,换能器和障板的对置距离为4 mm。12~19 kHz时,新结构水平径向波束宽度为360°,水平径向TVR＞138 dB,换能器实现了径向高TVR和宽工作带宽。     

基于FPGA的主动声源控制系统

随着水下潜艇隐身技术的迅速发展,水面舰艇面临的挑战日益严峻,对水下目标的主动探测提出了新的要求和挑战。将爆炸声源作为发射声源,设计了一套基于FPGA的主动声源控制系统。该系统以FPGA作为控制核心,采用RS232串口通信,收到上位机发送的起爆指令后进行引爆。与传统的主动声纳发射换能器相比,除了成本、功耗与体积降低以外,声源级更高,具有爆炸声源的全指向性,更便于小平台搭载。仿真与水下实验结果表明,该系统在接收到上位机发送的起爆指令后可实现水下爆炸声源有序可控的引爆,同时通过MEMS矢量水听器进行爆炸声源数据采集,经计算可得爆炸声源级为193.93dB。     

基于FDTD的压电换能器模型

提出了基于时域有限差分法(FDTD)对一维压电换能器的机电耦合现象进行数值分析的新方法.利用时域有限差分法理论对压电材料的控制方程、牛顿方程在空间和时间上进行了心差分离散化,并首次提出了压电换能器的收发电压信号和压电控制方程间关系的迭代差分方程,借助这些差分方程,从而能直接给出压电换能器声场传播的时域信息.利用此法分析了压电换能器匹配层厚度对接受电压波形的影响,并得到了其质点速度和质点应力传播的时空分布图.另外,还提出了利用Prony法替代FFT法,从而利用更短时域响应来得到压电换能器的频域特性.仿真结果表明,提出的模型能有效分析多层压电换能器的稳态和瞬态激励响应的传播特性.     

利用动态密勒补偿电路解决LDO的稳定性问题

针对LDO稳压器的稳定性问题,设计了一种新颖的动态密勒补偿电路。与传统方法相比,该电路具有恒定的带宽,大大提高了系统的瞬态响应性能;同时将开环增益提高了30 dB左右,使LDO稳压器具有较高的电压调整率和负载调整率。通过具体投片,验证了该方法的正确性和可行性。     

层叠复合材料宽带换能器设计

利用多模耦合原理,将两片不同厚度的1-3型复合材料叠堆,制作宽带压电振子。用串并联理论与等效参数理论,计算不同厚度复合材料的谐振频率,得出构成层叠压电振子的两片复合材料的谐振频率差,并通过实验加以验证。结果显示,实验值与计算值吻合较好。将上述压电振子灌封,制作水声换能器并进行测试。结果表明,四只换能器的–3 d B带宽最大可达80 k Hz,最大发送电压响应均在163 d B以上。     

基于格林函数声表面波换能器的分析

以准静态近似为前提,采用格林函数法对声表面波换能器进行分析。推导了声表面波换能器激励电压与表面电荷之间的关系,计算了加载单位激励电压时换能器上的静态电荷分布并与有限元法计算结果进行比较。格林函数法的换能器的分析可用来为声表面波器件设计优化进行参数计算,及为其建模提供精确的数据。     

溢流环换能器的有限元分析

溢流环换能器是一种低频、宽带、大功率水声换能器,一般存在两种谐振方式,即液腔谐振和径向谐振。对溢流环换能器的两种谐振作了理论分析,并用有限元法建立模型进行计算,制作了换能器样品,并通过试验作了对比。结果表明,有限元法对于完善溢流环换能器的设计理论具有一定的指导意义。     

压电换能器并联谐振频率跟踪系统设计

分析了压电换能器夹持电容在线测量原理,提出了一种新的并联谐振频率跟踪方法。讨论了不同状态下并联谐振频率的变化规律。采用嵌入式芯片PSoC5为主控制器,结合数字合成技术,使激励信号分辨率达到0.5Hz。驱动直流电源采用软开关技术实现电压可调功能。对换能器的电压和电流进行检测并在此基础上实现扫频跟踪策略及自动解锁控制。在不同工作状态下的实验结果验证了设计方案的合理性。     

W-Band Circularly Polarized TE<Subscript>11</Subscript> Mode Transducer

This paper presents a balanced sidewall exciting approach to realize the circularly polarized TE₁₁ mode transducer. We used a voltage vector transfer matrix to establish the relationship between input and output vectors, then we analyzed amplitude and phase errors to estimate the isolation of degenerate mode. A mode transducer with a sidewall exciter was designed based on the results. In the 88–100 GHz frequency range, the simulated axial ratio is less than 1.05 and the isolation of linearly polarization TE₁₁ mode is higher than 30 dBc. In back-to-back measurements, the return loss is generally greater than 20 dB with a typical insertion loss of 1.2 dB. Back-to-back transmission measurements are in excellent agreement with simulations.     

反激式开关电源的能量分析

结合能量和电路分析方法,详细探讨了反激式开关电源在DCM和CCM两种工作模式下的能量状态与电路状态以及影响输出功率的因素。研究表明,工作于CCM模式下的开关电源,其占空比并不是严格不变,在主线路电压大范围变化时,系统会自动调整占空比以保证功率的恒定输出。在输出负载变化时,系统占空比保持基本恒定,但通过自动调整变压器初级的初始电流使输出功率满足要求,以保证输出电压的稳定。DCM模式下通过减小变压器的初级电感量或降低振荡频率,可以获得较大的电感储能使输出功率增加。     

基于NIR-AOTF的超声换能器阻抗特性分析及驱动系统设计

该文从压电超声换能器的阻抗特性出发,在对换能器的输入阻抗及匹配网络进行了深入研究的基础上设计了一种基于高速单片机和直接数字频率合成器(DDS)的NIR-AOTF驱动系统,采用软件查表法将各个频段驱动信号所对应的电压幅值控制字做成表并保存在单片机中,实现了DDS在各个频段的恒功率输出,并采用新型的宽带阻抗变换网络加载在压电换能器,最终在30~80MHz带宽范围内匹配网络 ＞-0.276dB,回波损耗 ＜-10.173dB。由于驱动电路提供功率为36dBm,实验证明换能器获得功率高于35dBm,达到超声换能器实际工作的3-4W功率要求, NIR-AOTF的0级光谱衍射效率最高达73％。     

宽频带径向极化压电圆管水声换能器研究

利用径向极化的压电圆管制作了一种便携式宽频带换能器。依据薄膜理论模型,分析了压电圆管的振动特性,主要应用有限元法对其进行优化设计,并给出了薄膜理论、有限元法和试验数据的一个对比,结果表明:有限元法设计准确,研制的宽频带换能器满足实际应用的要求。     

L波段单片SAW宽带信号形成器

L波段宽带信号形成器是现代超宽带雷达、电子对抗等系统的关键基础器件.采用声表面波(SAW)色散延迟线技术是实现超宽带信号形成器的重要技术途径.该文介绍了一种中心频率为1.55 GHz,带宽≥420 MHz;时延≥0.84 μs的L波段单片SAW宽带信号形成器. 通过对SAW线性调频延迟线换能器拓扑结构优化、阻带抑制和宽带匹配,使得宽带SAWDDL器件的插入损耗低达-38 dB ,阻带抑制高达50 dB(到3 GHz),时域直通隔离度大于90 dB,单端驻波小于2.     

一种超声换能器阻抗匹配的研究

为了便于探鱼声纳更好的应用于小渔船,其换能器基阵应简易轻便,易于安装,因此把换能器的匹配网络放在干端,减小换能器基阵的体积与重量。为解决长线传输过程中换能器的阻抗匹配,提出了一种匹配方法,在实际应用中很好地解决了超声换能器的宽带阻抗匹配。     

Shear-wave transducer using ferroelectric medium with distributed polarisation

A new type of transducer has been obtained for exciting only tangential displacement of a wave using an interdigital transducer. The device utilises a ferroelectric medium with a distributed polarisation caused by interdigital electrodes. An exciting interdigital electrode is located at the optimum position with respect to the polarisation pattern. Experimental results obtained with one such transducer are presented.