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1.  双激励加匹配层宽带水声换能器研究  被引次数:1
   刘望生  俞宏沛  周利生《声学技术》,2008年第27卷第2期
   采用双激励加匹配层来拓宽换能器的工作频带。利用有限元方法分析了双激励加匹配层换能器在空气中的振动模态,研究了这些模态在水中随几何尺寸以及匹配层材料参数变化的规律。并设计和制作了一种新型三谐振宽带换能器。与双激励或单匹配层换能器相比,增加了近一个倍频程的有效工作带宽,且频带内的响应起伏较平坦。其工作带宽为15kHz~42.5kHz.频带内发送电压响应的起伏为±3dB。    

2.  基于1-1-3型压电复合材料水声换能器性能分析  
   杜海波  秦雷  仲超  王丽坤《西北工业大学学报》,2019年第2期
   为提高高频水声换能器的性能,提出了一种基于1-1-3型压电复合材料的带有梯形匹配层的水声换能器设计。应用有限元方法分析了有无匹配层对复合材料电性能、辐射端振动位移的影响。并研制了带匹配层和不带匹配层的2种水声换能器。测试结果显示引入匹配层使得水声换能器在谐振频率为360 kHz时最大发送电压响应达到169.4 dB,接收电压灵敏度为-190 dB,-3 dB下接收信号带宽最大可达70 kHz,最大声源级达到208 dB。发送电压响应比没有匹配层的换能器提高了3.8 dB、声源级提高了6 dB、接收带宽拓宽了1.45倍。    

3.  压电水声换能器宽带匹配特性研究  
   周瑜  涂其捷  杨荣耀  唐建生《声学技术》,2018年第3期
   采用等效电路变换和多物理场有限元仿真计算进行压电水声换能器宽带匹配特性研究,得出不同匹配电路下的换能器电声性能的变化规律,合理选择电感电容值和串并联方式进行调谐匹配实现双峰谐振,一方面提高换能器的工作带宽,另一方面提高工作频率范围内的发送电压响应值并减小工作频带内响应值的起伏,依照仿真数据设计制作了一款球形换能器,采用串联电感进行调谐匹配,并测试调谐匹配前后的水中电声性能,对比匹配前后换能器性能的差异。结果表明,测试结果和仿真计算吻合,运用多物理场仿真计算手段对于预测分析水声换能器电声性能具有较好的指导意义。    

4.  基于1–3型压电单晶复合材料的高频宽带发射换能器  
   白玮  王佳荣  王婷  杜红亮  李飞  徐卓  许欣然  郑震宇《硅酸盐学报》,2022年第3期
   1–3型压电单晶复合材料结合弛豫铁电单晶与复合材料的优势,具有压电常数高、机电耦合系数极大、声阻抗低等特点,是理想的高频发射换能器压电元件。基于1–3型压电单晶复合材料设计并研制了高频宽带发射换能器,根据理论计算分析了压电单晶复合材料的性能特点,利用有限元建模仿真优化了换能器结构,研制的1–3型压电单晶复合材料发射换能器在250~410 kHz范围内发送电压起伏不超过3 dB,工作带宽达到160 k Hz,最大发送电压响应达178.4 dB,性能大大优于同尺寸结构的1–3型压电陶瓷复合材料高频换能器。运用1–3型压电单晶复合材料制作高频发射换能器可有效拓宽工作频带,提高水下声发射能力。    

5.  圆环状复合材料高频宽带水声换能器  
   《Planning》,2017年第1期
   研制了一种圆环状高频宽带水声换能器。利用压电复合材料Q值低从而频带宽的特点,采用双环轴向堆叠产生双模态耦合的结构方式拓宽换能器的带宽。通过理论分析与仿真计算,确定敏感元件几何尺寸。用切割-浇注-被覆电极等工艺制备出压电复合材料圆环;再将制备出的外径相同,壁厚不等的压电复合材料圆环轴向叠堆制成叠堆敏感元件,最后灌注防水透声层制成换能器。对制得的换能器进行水下性能测试,测得该换能器谐振频率为410 kHz,最大发射电压响应为150 dB,-3 dB带宽达60 kHz,水平指向性开角(-5 dB)为360°,-3 dB垂直指向性开角约20°。结果表明将复合材料圆环轴向堆叠可显著拓展换能器的带宽,且实现声波的水平全向发射。    

6.  一种多模宽带水声换能器设计  被引次数:1
   张文波  王明洲  郝保安《鱼雷技术》,2008年第16卷第2期
   随着水声信号处理技术的快速方展,需要从水声换能器获取更多的信息量,因而对水声换能器提出更高的带宽要求。本文设计了一种宽带纵振换能器,该换能器利用前盖板的弯曲振动与换能器的纵向振动耦合展宽频带。采用有限元方法模拟了换能器的电声特性,并制作了换能器样品。样品测试结果表明,换能器的带宽特性与模拟结果一致:发送电压响应级最大值139dB,-3dB带宽超过一个倍频程,且低频端小于15kHz。因此,该换能器具有低频、宽带、响应级高的优点。    

7.  串叠复合材料圆环阵水声换能器设计及制备  
   李超  王宏伟  秦雷  王丽坤《压电与声光》,2016年第38卷第2期
   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。    

8.  高频宽带圆管换能器研究  
   张凯  蓝宇  卢苇《声学技术》,2010年第29卷第6期
   压电圆管换能器是水声领域中广泛应用的换能器之一,它一般采用压电圆管的径向振动模态。利用压电圆管的径向振动模态和高阶振动模态来实现圆管的宽带发射性能。采用有限元方法对圆管换能器进行了分析,利用ANSYS软件建立圆管换能器的有限元模型,并对其进行结构优化。最终所制作换能器的径向谐振频率为47.5kHz,其工作带宽为40~80kHz,发送电压响应起伏不超过±4dB,最大发送电压响应为150dB。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,换能器实现了高频、宽带、水平无指向性的发射性能。    

9.  匹配层结构Tonpilz水声换能器的有限元分析  
   韩宝栋  张恺《四川兵工学报》,2013年第34卷第2期
   研究了含匹配层结构Tonpilz水声换能器的频带展宽问题。在其前辐射端端部粘结上适当的弹性材料,形成的阻抗匹配层可使换能器工作在多模状态,单层匹配层的情况下,合理选择匹配层的厚度可调整谐振点之间的距离,从而改善换能器的辐射特性。有限元分析结果表明:匹配层技术可有效拓展换能器频带。在案例假设条件下,粘结厚度为6mm的聚苯乙烯匹配层可将电导带宽从7kHz提高到20.4kHz,-3dB带宽可达到11.8kHz。    

10.  1-1-3型压电复合材料宽带换能器  
   蓝宇  张凯《哈尔滨工程大学学报》,2011年第32卷第11期
   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,最终制作了一个利用一阶、二阶和三阶厚度振动模态的1-1-3型压电复合材料宽带换能器,其工作带宽为112 kHz~450 kHz,发送电压响应最大值为174 dB.研究结果表明:利用1-1-3型压电复合材料的一阶、二阶和三阶厚度振动模态可以拓展压电复合材料换能器的带宽,同时也给出了一种高频换能器实现宽带发射的方法.    

11.  四边型弯张换能器特性研究及宽带设计  
   《Planning》,2016年第6期
   四边型弯张换能器通常工作带宽较窄,为了提高带宽性能,对四边型弯张换能器振动及辐射特性进行了研究,重点分析壳体结构参数对换能器发送电压响应的影响。根据分析结果提出了拓宽换能器工作带宽的方法,利用有限元软件进行了仿真计算并制作了四边型弯张换能器样机。测量得到在2.4~5 kHz的频率范围内,换能器的最大发送电压响应值达到140 dB,带内起伏4 dB,有限元仿真结果与实验结果吻合较好。研究结果表明设计的四边型弯张换能器不仅能够低频工作,并且可以在小尺寸下实现大功率发射,同时还具备宽带发射特性。    

12.  Janus-Helmholtz换能器的弱辐射耦合机理与带宽特性  
   《Planning》,2022年第1期
   针对Janus-Helmholtz (JH)换能器频带内响应起伏较大、模态耦合机制尚不明确的问题,提出了振动模态声辐射独立建模方法。该方法建立换能器各个振动模的独立有限元模型,在仿真计算中将位移载荷直接加载在辐射面上,分析振动模的辐射声场。通过各个结果的对比分析,观察到JH换能器声辐射模态的弱耦合规律,最终给出JH换能器带宽特性的合理物理解释,即JH换能器在同一纵向振子激励下,由于不存在声输出明显干涉加强的模态耦合,因此难以得到通常意义上响应起伏小于3 dB的宽带工作性能。以控制工作频带内响应起伏较小为前提,将拓宽工作频带作为设计目标,优化设计了 JH换能器结构参数。实验中换能器样机的发射电压响应测试结果与仿真计算相吻合,实测谐振频率为1350 Hz与2450 Hz,谐振频率下发射电压响应分别为143 dB,141 dB,在频带1200~3300 Hz范围内响应起伏12 dB,最大声源级204 dB,实现了宽带大功率发射的特性。    

13.  匹配层水声宽带换能器性能分析  被引次数:1
   田丰华  何文峰  张俊《鱼雷技术》,2012年第20卷第6期
   为了提高现代鱼雷的作战性能,适应复杂环境,研制了宽带白导系统,旨在提高声纳基阵的整体性能.本文采用了有限元分析方法,借助ANSYS软件设计了匹配层水声宽带换能器,通过调整匹配层的声速、密度及厚度,分析了该类换能器的性能,包括换能器谐振频率、发送电压响应、自由场电压接收灵敏度以及收发频带宽度等,并对其结构进行了优化.研制了匹配层水声宽带换能器并进行了水池试验,对比分析了理论设计与试验结果,其测试结果与计算结果具有较好的一致性.本文研究可为声纳基阵设计提供借鉴.    

14.  多谐振宽频带换能器  
   夏金东  李俊宝  高俊琴  李宗杰  温建强《声学与电子工程》,2006年第Z1期
   通过对传统纵振换能器增加质量块把驱动源分成两部分而形成双谐振振动系统,为了使双谐振之间响应幅值有很小的起伏,在换能器辐射面增加匹配层从而使换能器出现三谐振峰,通过对三个谐振峰的合理调整可以使换能器的通频带超过一个倍频程,根据理论分析与仿真计算设计并制做了发射电压响应大于140 dB、工作带宽21~47 kHz、Q值1.3、起伏在-3 dB以内的换能器.    

15.  应用于海底沉积声学原位测量的球形换能器研制  
   王帅  刘文妮  褚广宇  潘耀宗《压电与声光》,2022年第44卷第3期
   该文对标ITC-1007与ITC-1032球形换能器,为海底沉积声学测量系统研制了两款中低频球形换能器(SP32K和SP12K)。通过理论及有限元方法对换能器进行仿真设计,制作换能器样机并对其进行了性能测试。低频球形换能器(SP12K)的谐振频率约为12 kHz,工作频带为2~20 kHz,最大发射电压响应为149 dB。中频球形换能器(SP32K)的谐振频率约为32 kHz,工作频带为15~50 kHz,最大发射电压响应为149 dB。实验结果表明,研制的中低频球形换能器与国外同类产品相比,性能基本一致,满足相关声学测量需求,这为研制中低频海底沉积声学原位测量系统等声学装备提供了有力支撑。    

16.  空腔式前盖板宽带纵向换能器研究  
   《哈尔滨工程大学学报》,2016年第9期
   纵向换能器实现宽带性能有较多方法,但是拓宽频带有限。为了改善宽带性能,在传统纵向复合棒换能器的基础上,通过在前盖板处开有空腔结构来产生多种振动模态,利用多模态耦合原理实现换能器更宽频带性能。利用ANSYS有限元软件对换能器进行优化设计并制作了试验样机,测量得到在4.5-14 k Hz的频带内,换能器的最大发送电压响应值为148.9 d B,响应起伏9 d B。仿真分析与实验结果表明,与传统的纵向换能器相比,空腔式前盖板纵向换能器在拓宽频带方面效果显著,达到了一个倍频程以上。    

17.  偏心式圆筒悬臂梁发射换能器研究  被引次数:1
   刘永平  莫喜平  柴勇  崔政《哈尔滨工程大学学报》,2010年第31卷第7期
   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.    

18.  一种高频宽带水声换能器的研制  
   王宏伟《传感技术学报》,2016年第29卷第5期
   研制了一种宽带、高频压电复合材料圆环阵水声换能器.该换能器的宽带结果是通过采用降低压电材料机械品质因数Qm值和多模耦合振动两种方法实现的.通过径向切割压电陶瓷圆环、灌注环氧树脂得到压电复合材料圆环,再将不同壁厚的压电复合材料圆环轴向叠堆而成敏感元件,对敏感元件进行模具封装,引出电极引线,得到换能器.利用ANSYS软件对结构进行仿真,得到敏感元件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的最优设计方案.将由最优参数得到的两个压电复合材料圆环轴向叠堆,制作了双圆环叠堆复合材料换能器.经测试,该换能器形成了明显的双模耦合振动,该换能器谐振频率为375 kHz,其-3 dBd工作带宽为90 kHz,最大发送电压响应达148 dB.实现了换能器的高频、宽带、水平全向发射声波的设计目标.    

19.  基于零阶算法的矩形面宽带纵振换能器设计  
   《声学技术》,2017年第1期
   传统换能器的优化一般采用试算修改的方式进行,这样的方式在待优化参数较多时不仅比较繁琐而且有可能会漏掉各参数组合下较好的设计点,对此提出了利用零阶算法进行换能器多参数联合优化设计的方法。建立了一种带宽评价函数,通过该评价函数和零阶算法尝试了对矩形面纵振换能器带宽的优化设计。经有限元仿真和样机测试表明,两款换能器的性能达到了预期指标要求,实现了宽带工作。得到的两款宽带换能器性能为:1#换能器工作频带为10~21.5 kHz,带内起伏约3 dB,发射电压响应大于134 dB;2#换能器工作频带为7.5~31.5 kHz,带内起伏约6 dB,发射电压响应大于131 dB。该方法可以作为换能器设计的一种新方式。    

20.  纵弯耦合宽带换能器设计及高静水压实验分析  被引次数:1
   严伟  郝浩琦《声学技术》,2008年第27卷第3期
   利用纵振换能器的前盖板弯曲振动与其纵向振动相耦合的方式来拓宽换能器的频带.采用有限元仿真软件ANSYS对换能器进行整体分析,经过大量的仿真计算,最终优化设计出纵弯换能器,使其电导响应和发送电压响应-3dB带宽均达到了一个倍频程,同时鉴于纵弯换能器耐压性能差,对其进行高静水压下实验分析,实验证明此换能器至少可以承受8MPa的静水压力。    

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