Cymbal单元的薄型低频宽带水声发射换能器设计

为了研究安装方便、便于携带的薄型低频发射换能器,使用有限元法对Cymbal换能器单元的设计结构进行了仿真分析,并将换能器单元的谐振频率与实际测量值进行了比较.将Cymbal换能器单元进行阵列,设计了一种新型的低于10 kHz薄板型水声发射换能器,对一个厚度为25 mm、辐射面积78.5 cm2的薄板发射换能器实验模型进行了测量与标定.研究结果表明,通过阵列Cymbal换能器单元构建的发射换能器是一种工作在10 kHz以下的薄型低频宽带水声换能器,其发射声源级比尺寸类似的1-3型压电复合材料换能器高20 dB.     

1-3型压电复合材料发射换能器研究

针对1-3型压电复合材料换能器完整模型节点数多、计算时间长,周期模型不能直接模拟换能器水中响应特性等问题,提出了应用ANSYS软件分析1-3型压电复合材料发射器的方法,并利用此方法和厚度模式理论设计了1-3型压电复合材料发射器.同时对厚度模式理论及有限元法计算结果和试验结果三者做出了对比分析.研究结果表明,所采用的有限元法计算结果与测试结果吻合较好,制作的复合材料发射换能器谐振频率为300 kHz,最大发射电压响应为178 dB,且厚度模态纯净.     

1-1-3型压电复合材料宽带换能器

1-3型压电复合材料换能器带宽的拓展一般采用匹配层的方法,但匹配层的特性会随着时间的变化而变化,这会造成换能器性能的不稳定.将单端激励的原理引入1-3型压电复合材料,提出了一种新的压电复合材料结构,即1-1-3型压电复合材料.应用ANSYS软件建立1-1-3型压电复合材料换能器的有限元模型,然后进行结构优化,最终制作了...     

压电单晶弯张换能器研究

为了进一步了解弛豫铁电单晶材料的特性,研究了单晶换能器的性能,利用有限元软件ANSYS对PMNT驱动的Ⅳ型弯张换能器进行了分析.设计并制作了一个PMNT弯张换能器,测量得到其谐振频率为1.7 kHz,最大发送电压响应为132 dB;制作了相同尺寸的PZT-4弯张换能器,并与PMNT弯张换能器进行了比较.与PZT-4弯张换能器相比,PMNT弯张换能器的谐振频率低17%,谐振时的电导值大5倍,获得的发送电压响应高5 dB.     

圆盘型弯张换能器研究

弯张换能器和弯曲圆盘换能器利用金属结构体的弯曲振动产生声辐射,是低频水声发射器广泛采用的结构形式.提出将两者联合的设计思想并设计研制了一种圆盘型弯张换能器,换能器结构中采用径向极化的压电陶瓷(PZT4)圆环驱动弯曲圆盘振动,圆盘的中间部分设计一个圆拱型内凹结构,其工作方式类似于V型弯张换能器的单侧振动壳,圆盘外面的环形部分采用20 mm的均匀厚度,并且加工径向槽分割成16个均匀的扇形结构.研制了换能器样品,通过ANSYS分析和水池测试得到换能器的电声性能:换能器谐振频率为1 800 Hz,最大发射电压响应为110 dB,最大声源级为170 dB,电声效率为76%.换能器样品直径210 mm,厚度46 mm,重量仅3.8 kg.结果表明:这种换能器具有低频小尺寸高效率的特点,在小型低频声纳发射系统和主动噪声控制系统方面将有良好的应用前景.     

基于ATILA的宽带超磁致伸缩纵振换能器设计

针对常用的水声换能器分析软件无法直接计算稀土超磁致伸缩换能器的问题,利用ATILA有限元软件的超磁致伸缩材料模块,直接在软件中建立模型并计算,设计了一个低频、宽带、大功率的超磁致伸缩纵振式换能器,并分析了换能器空气中的振动模态、阻抗特性及水中的发射性能.制作的换能器样机纵向振动谐振频率和前盖板弯曲振动谐振频率分别为2.5 kHz和6.6 kHz,在2～7 kHz的频带范围内,声源级不低于190 dB.同时将仿真结果与测试结果进行了比较,结果表明ATILA有限元软件的计算结果与换能器的测试结果吻合较好.     

沙质沉积物声学参数测量的换能器驱动信号补偿方法

准确的沉积物声速和衰减数据对于沉积物声学模型的验证极其重要,但是由于实际声源工作带宽的限制以及发送电压响应不平坦,造成了发射声信号频谱形状改变,导致实验测量数据不准确。为此,本文采用实测的换能器发送电压响应对驱动信号进行补偿,以实现窄带换能器频响特性的均衡,减弱换能器对发射信号的影响。数值仿真验证了本文所提方法的有效性,并且实验结果表明,驱动信号经补偿后,窄带发射声信号中心频率的偏移得到有效抑制,宽带发射声信号的带宽与驱动信号的带宽更为逼近。同时,该方法拓宽了窄带测量数据的有效带宽,降低了宽带测量获取的声速和衰减数据的起伏,使得窄带和宽带数据更加一致,提升了实验结果的准确性。     

具有机械阻抗匹配器的纵向振动宽带换能器计算机辅助设计

文章论述了在压电陶瓷材料与前质量块之间以及压电陶瓷材料与后质量块之间分别放置了前机械阻抗匹配器和后机械阻抗匹配器的纵向振动换能器的特性.具有不同机械阻抗匹配器,为换能器提供了双调谐的特性.然而,通过对前、后匹配器的适当的设计能对换能器响应的调谐频率作出予报.本文计算了这种换能器的电导纳和发射电压响应表达式,为了获得所要求的宽带特性,应用计算机模拟和计算机设计来确定匹配器的适当参数值.上述换能器的数值计算结果表明,其发射电压响应的3dB带宽超过一个倍频程.并与实验结果相吻合.理论的电导纳与实验结果也大体上相一致.     

水声发射换能器技术研究综述

水声发射换能器种类繁多,通常按工作频率加以区分.在低频段给出了几种工程上常用的低频大功率换能器的结构形式,并讨论了提高换能器工作极限的技术途径,同时还指出速度控制对低频声基阵的重要性.在中频段主要给出了拓展换能器工作带宽的各种结构形式及一种新的设计方法,并讨论了新材料应用及宽带匹配技术.在高频段给出了陶瓷颗粒簇匹配层换能器的等效电路,同时分析了高频换能器基阵机电一体化设计的发展趋势.结果表明,新结构、新材料、新工艺仍是推动水声发射换能器不断发展的技术途径.     

随钻声波传输中换能器声源功率匹配实验研究

研究了随钻声波传输中压电换能器声源发射功率,提出了并联式压电换能器阵列双频匹配方式。实验结果表明,该方法能使压电换能器声源机械转换效率达到最大,在双频谐振点的发射功率达到200 W以上,满足随钻声波传输现场的功率输出要求,提高了声波的传输距离,为实现基于压电换能器阵列声源的声波长距离传输奠定了基础。     

堆叠压电复合材料圆环换能器研究

针对目前换能器亟待扩展带宽的问题,本文通过将两个不同共振频率的圆环进行轴向堆叠产生双模态耦合的方式研制了一种宽带压电复合材料圆环水声换能器的敏感元件。该换能器敏感元件由两个压电复合材料圆环进行轴向堆叠,从而实现厚度方向的双模耦合振动。通过径向切割压电陶瓷圆环、灌注柔性聚合物(如环氧树脂、聚氨酯等)、样品打磨、被覆电极等一系列工艺制备出压电复合材料圆环。再将制备出的相同外径、不同壁厚的压电复合材料圆环进行轴向叠堆,制备出叠堆压电复合材料敏感元件。用制备出的敏感元件通过灌注防水透声层、封装得到的换能器进行水下性能测试。测试结果显示:该换能器谐振频率为410 k Hz,-3 d B带宽达60 k Hz。实现了换能器宽带发射声波的目标。     

偏心式圆筒悬臂梁发射换能器研究

为了得到宽带发射换能器,提出了一种偏心式圆筒悬臂梁换能器的结构形式,重点介绍了此类换能器的基本设计思想,即围绕低频和宽带两方面入手,将弯曲振动模态频率低的特点和多模态振动耦合拓宽频带的方法结合起来,应用于同一种换能器的结构设计中.利用有限元软件对换能器进行了辅助设计分析,并计算了悬臂梁和换能器的振动模态、工作频率、阻抗和发射特性等性能参数.换能器样机的测量结果是换能器的工作频带(-6 dB)为4～16 kHz,发射电压响应起伏在-5 dB以内,工作频带覆盖了2个倍频程.换能器样机的实测结果验证了设计思想的正确性和可实现性.     

收发一体激光致声换能器声特性分析

设计并分析一种收发一体激光致声换能器的声学性能.利用旋转抛物面的声学反射特性,获得216.1 dB的激光声声源级和0.24°的角度分辨力.通过控制激光参数和击穿蒸馏水获得距离分辨力为4.9 mm的激光声信号,推导出该换能器接收波束和发射波束的指向性函数、波束宽度方程和指向性指数表达式.通过理论推导和数值计算,初步证明了该收发一体的激光声换能器在距离分辨力、角度分辨力和声源级3方面具备了作为图像声呐声源的必要条件,在距离分辨力上具有明显的优势.     

基于变压器反馈的紧凑型宽带低噪声放大器

运用变压器反馈技术，基于65 nm CMOS工艺设计了一款紧凑型宽带低噪声放大器。电路采用两级共源共栅结构，基于变压器的输入匹配网络实现了宽带输入匹配，漏源正反馈提高了电路的增益，漏源负反馈增强了其稳定性，电路总面积仅为0.156 mm²。仿真结果表明，设计的宽带低噪声放大器的最大增益为18.2 dB,3dB带宽为31～45 GHz, 1 dB带宽为32～44 GHz。在36 GHz时，最低噪声系数为4.5 dB,1dB带宽内噪声系数均低于5.2 dB。     

网红带货直播:演变过程、运行逻辑与文化反思

基于65 nm CMOS工艺,设计了一款工作频率为33～48 GHz的毫米波宽带低噪声放大器。采用两级共源共栅(cascode)结构,使用噪声减小技术优化了噪声系数,并运用错峰匹配网络提高了低噪声放大器的增益平坦度并扩展带宽。测试实验表明,该款低噪声放大器的1dB带宽为35～45 GHz, 3dB带宽为33～48 GHz,最大增益为20.6 dB,电路直流功耗为24.8 mW,最小噪声系数为4.2 dB。     

一种新型超宽带渐变槽线天线设计

设计并制作了一种新型微带馈电的渐变槽线天线．采用改进的微带-槽线过渡,更好地解决了超宽带天线的阻抗匹配问题．提出一种新型渐变辐射曲线,有效地改善了低频段的匹配特性．实物样机的测试结果表明,在 0.92~ 14.25GHz频带内该天线的电压驻波比小于 2.0∶1,带宽比达到 15.4∶1,而且其带内辐射方向图的前后比大于 15dB,交叉极化低于 -18dB．     

复合连通型压电水声换能器基阵的研究

针对压电水声换能器自由场电压接收灵敏度问题,以Cymbal换能器为压电相,聚氨酯为聚合物相,构成了具有1-3复合连通型特征的压电复合水声换能器平面均匀并联基阵.建立了基阵数学模型;制作并测试了该基阵的自由场电压接收灵敏度.结果表明,该种结构的压电复合水声换能器的自由场电压接收灵敏度与阵元的体积分数有关;与阵元的间距有关,阵元间距在对应于辐射因子为零处时,可得到该基阵的自由场电压接收灵敏度的最大值;其自由场电压接收灵敏度的实测值与理论值有很好的吻合程度,基阵的基波谐振频率比单个换能器阵元的基波谐振频率明显降低.     

一款低电压高精度CMOS运算放大器设计

设计了一种采用0.6um CMOS工艺的低电压高精度的运算放大器电路。在设计中输入级采用两对跨导器件rail-to-rail的电路结构,从而实现输入级的跨导在整个共模输入范围内保持恒定。输出级采用AB类rail-to-rail推挽结构,达到高驱动能力和低谐波失真的目的。此运放可提供1.5V电压降,采用适当的输出负载,闭环电压增益,单位增益带宽和相位裕度分别达到了80dB,832kHz和64°。     

核壳结构C/TiO_2复合材料的制备与微波吸收性能研究

以葡萄糖为碳源,用水热法成功制备了碳微球,再以Ti(SO_4)_2为钛源,制备了核壳结构的C/TiO_2复合微球.为提高材料介电损耗,将样品在N_2氛围中不同温度条件下进行了碳化.采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对样品的结构和形貌进行了表征,用矢量网络分析仪测试了样品在2～18 GHz范围的复介电常数,并计算其反射损耗.结果表明:碳微球具有较高的微波介电损耗;碳微球与TiO_2复合后,在相同层厚条件下,反射损耗峰向低频迁移;700℃和800℃碳化下的C和C/TiO_2复合材料具有优良的微波吸收性能,其中C-700复合材料最小反射损耗达到-41.2 dB,低于-10 dB的最大吸收带宽达到4.5 GHz,C/Ti-700复合材料的最小反射损耗为-30.0 dB,最大吸收带宽达4.2 GHz.     

压电单晶双激励宽带纵向换能器

为了提高纵向换能器发射响应和工作带宽,本文以压电单晶PMNT做为有源驱动材料,采用双晶堆不同尺寸反相激励的方式,同时激发出一阶、二阶纵振模态,从而提高纵向换能器发射响应,拓宽工作频带。通过四端网络法简化换能器的等效电路并计算其发射性能,利用ANSYS软件对模型进行优化设计并制作了试验样机,最终测试数据显示在工作频带27~65 k Hz,最大发射电压响应值不低于150 d B,带内起伏小于12 d B。研究结果表明:理论计算、有限元仿真计算与实测结果基本吻合,利用双晶堆反相激励的方式可实现纵向换能器较宽频带工作。