高频声呐换能器梯度匹配层声学特性研究EI北大核心CSCD

在声呐系统中,高效率、超宽带的声呐换能器可以提高其成像分辨率,在海底地貌的探测与识别方面需求迫切。传统换能器的带宽拓展常采用单层或多层均匀匹配层的方法来实现,但由于其未能很好地实现阻抗过渡而较难满足换能器在水中的超宽带性能要求。针对超宽带需求提出的一种声阻抗梯度匹配层材料很大程度上弥补了这一缺点,其特性声阻抗具有按z(x)=z_(1)e^(2αx)指数衰减变化的特点。根据解析计算与有限元仿真的结果,通过流体混合物填充3D精准打印的中空圆锥形结构材料的方式研制了该梯度材料并进行了声阻抗性能测试。在此基础上研制了一款梯度匹配层换能器,从试验结果可知梯度匹配层的相对带宽高出传统双匹配层14%,达到试验设计的结果。     

厚度振动换能器脉冲响应的研究

本文对厚度振动图片换能器的导纳、传递函数和脉冲响应进行了研究。利用换能器等效电路、基尔霍夫定律和傅里叶变换给出了导纳、传递函数和脉冲响应的表达式。通过在ＨＰ—１０００微机上进行大量的计算，得到了ＺＮＬ—２压电陶瓷圆片换能器在不同匹配层和背衬层材料的导纳，传递函数和脉冲响应，得出了匹配材料声阻抗分别为４， ６（ １０６ｋｇ／ｍ２· ｓ）和背衬材料声阻抗分别为 ７．５， １５．５（１０６ｋｇ／ｍ２·时左右比较理想，然后用ＨＰ阻抗分析仪、Ｘ—Ｙ３０３３记录仪和脉冲响应测试仪分别测出几个换能器的导纳和脉冲响应，从实验结果可知：理论和实验结果基本符合。所得结果可供工厂生产时参考。     

高频水声换能器匹配层技术研究

在复杂的海洋环境中,为提高对目标的探测效果以获得更多的信息,高频声呐常需要更宽的工作频带.首先,通过声透射原理对不同匹配层材料进行选取与设计;其次,通过有限元仿真对不同匹配层换能器的透射系数、电导谱和发送电压响应展开了分析计算;最后,在理论分析、解析计算和有限元仿真计算的基础上成功研制了单层、双层和三层匹配层高频宽带水...     

匹配层厚度振动换能器研究

随着水声信号处理技术的发展,对宽带信号的需求日益增长。换能器的带宽是宽带信号处理的基础,而匹配层技术是拓宽厚度振动换能器频带最有效的方法。研究了多匹配层厚度振动换能器的设计方法,建立了复数形式的多匹配层厚度振动换能器等效网络模型,仿真研究了匹配层参数对换能器响应带宽的影响,指出了单、双匹配层在拓宽换能器带宽方面的限制,还指出匹配层的最佳厚度并非一定就是四分之一波长。在此基础上,制作了单、双匹配层换能器样品,对仿真结果进行了试验验证。测试结果和仿真结果符合得很好。     

一种高频宽带大尺寸的圆柱换能器的设计方法

介绍了一种新的圆柱换能器的设计方法。该高频宽带大尺寸的圆柱换能器采用压电陶瓷颗粒拼接而成,在外层添加一层匹配层,通过对匹配层材料及厚度的选择来提高与水的匹配性能,实现宽带能量传输。     

用于大功率声呐浮标的热声声源

从事反潜战(ASW)主动声呐浮标研究的工程师们面临着两个棘手问题.第一.声呐浮标换能器阵的功率源需要有足够高的能量密度.以便使阵发射脉冲的次数尽量多.发射脉冲的连续时间尽可能地长;第二,很难由小换能器的小振动面获得高输出能量级.与舰壳声呐相比,声呐浮标的尺寸是相当有限的.因此其换能器的大小是受严格控制的.     

超声换能器环氧树脂-氧化铝匹配层研究

匹配层对超声换能器的性能起着至关重要的作用,寻找合适的匹配层材料是换能器设计中的关键步骤。提出了一种基于环氧树脂-氧化铝复合材料的匹配层材料。首先,测试了不同配比的环氧树脂-氧化铝复合材料的声学性能,对比了其声学特性,并确定了材料的最佳配比。其次,研制了相应的换能器,分析该匹配层对换能器性能的影响,通过脉冲-回波方法测试了其性能参数。最后,基于四分之一波长匹配层原理对匹配层的厚度进行了优化。结果显示,环氧树脂中加入质量分数为 60%的氧化铝粉末的匹配层对换能器的改善效果最佳,该方案减小了换能器接收回波的拖尾,接收回波的幅值提高至 1 136 mV(+104%),-6 dB带宽达到 49.679%(+107%)。结果表明,氧化铝-环氧树脂混合材料可以提升换能器的声学性能,是较为理想的匹配层材料,在高频超声换能器的设计与应用中具有很好的应用前景。     

双激励加匹配层宽带水声换能器研究

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。     

基于ARM平台的声呐换能器绝缘自动测试仪

针对声呐换能器绝缘检查中存在的自动化程度低、检查效率低和检查有一定危险性的问题,研制了一款声呐换能器绝缘自动测试仪.该测试仪采用ARM作为主控,用电压比较法和全桥法进行组合测试,通过高压电路产生测量所需的高压,利用选通控制和串口实现测量通路的自动化和远程控制,实现了测量自动化,提高了装备维修保障效率.     

高频宽带换能器研究

主要研究高频换能器的匹配层技术,通过匹配层技术拓宽换能器的频带,首先利用等效电路法分析高频匹配层换能器,其次通过Matlab仿真分析匹配层材料的密度、声速、厚度变化对换能器电声参数性能的影响,进而对其电声性能进行优化设计,最终制作出一高频宽带换能器。通过实验测得结果与仿真结果基本一致,实验测得换能器的最大发送电压响应为178dB,工作频带为260～370kHz,带内发送电压响应起伏为-3dB,300kHz时换能器指向性-3dB开角为6．5°。     

压电超声换能器在气体中的应用

无论研究超声在气体中的行为,还是开拓超声在气体中的应用,都离不开超声换能器。利用压电陶瓷制作换能器,因加工简便、成本低、品种多样、适应性广而得到了广泛的应用。压电超声换能器不仅可以用作接收器,还可以用作发射器,更可收发兼用。这是某些其它种类换能器(例如压电聚合物薄膜PVDF.PTFE.FEP换能器等)所不能比拟的。诚然,压电陶瓷(例如PZ T陶瓷)的声阻抗率比气体要大四个数量级,因声阻抗失配会给研制带来较大的困难。特别是设计高性能气体用超声发射换能器,难度则更大。大量的社会需求促进了气体中超声技术的发展,气体中的超声需…     

匹配层宽带换能器发射性能的有限元优化分析

对匹配层换能器拓宽频带的机理进行了分析,利用有限元优化技术对匹配层换能器的发送电压响应进行了设计,得出最佳设计参数,按此制作的换能器,测试性能与理论预测吻合较好.     

采用声阻抗匹配技术的宽带聚合物超声换能器

本文提出了一种带有声阻抗匹配层的宽带聚合物超声换能器,其中聚苯乙烯或聚丙烯匹配层粘在偏二氟乙烯和三氟乙烯共聚物(P(VDF—TrFE))压电薄膜的正表面。匹配层厚度为λ/4,对于在水中获得宽带频率响应和尖锐的脉冲响应最为有效,分析的结果和实验结果都证明,换能器加匹配层后,其深度分辨力比一般P(VDF—TrFE)换能器高1.7倍,而灵敏度没有任何降低。用这种新型换能器获得的医疗超声成象表明了它的实用性。     

高频大功率脉宽调制声呐发射机的研制

介绍了一种基于正弦脉宽调制技术（Sine Pulse Width Modulation-SPWM）的4kW高频大功率声呐发射机的设计。主要介绍了SPWM信号产生与控制电路、功率放大电路以及发射机与换能器的匹配设计，并给出了具体实验验证结果。突出了当代声呐发射机设计的智能化与小型化。     

高频宽带换能器多匹配层研究

在水声应用中,高频换能器往往需要较宽的工作带宽,以获得更多的目标信息。文章首先建立了等效电路模型,利用粒子群算法对匹配层材料和厚度进行初步选定,使得换能器具有最宽的工作频带;其次,通过有限元方法对匹配层换能器的导纳和发射电压响应进行分析计算;最后,在理论分析的基础上成功制得三匹配层高频宽带换能器,其工作频段约为150～430 kHz,相对带宽为93%,带内发送电压响应起伏为-6 dB。实验结果表明,三匹配层设计方案可以有效拓宽高频换能器的工作频段。     

一种换能器基阵的测量分析

水声换能器基阵的波束宽度及束控是声呐水下分机的重要性能要求,它又是影响声呐设备总体性能的重要指标;本文主要介绍一种仿制换能器基阵单元波束宽度及束控后波束宽度的测量。     

双换能器法测定管内声阻抗

驻波管法测定材料的声阻抗是一种常用和可靠的方法.但一般它要一个移动的换能器,使能测出管中的驻波比.本文是用二个换能能器,可测出管内和管端的声阻抗以及其它声传输参量.     

数字式声呐换能器阻抗测试仪

本文介绍了一种用单片机控制的数字式声呐换能器阻抗测试仪的原理和构成.     

换能器的匹配

关于换能器的匹配层阻抗值的选择，已有三种计算公式。由于三种公式所计算的阻抗值有较大差异，为了比较，以选择合理的匹配层阻抗值，本文用Ｍａｓｏｎ等效电路直接计算换能器的频带及波形，比较了用三种公式所得阻抗值匹配的换能器的状态。并计算了匹配层厚度对换能器波形的影响。计算结果与实验结果吻合很好。可为匹配层材料及厚度的选择提供理论依据。     

多阵元平面阵阵元不同组合的指向性拟合计算

在基于多模振动的超宽带声基阵的研究中,需要了解该阵同单模振动相比的电声效率的变化。为此,必须要对宽带声阵的空间增益有一个正确的可信的估算。本文就是按实测的声阵指向性图通过拟合指向性函数,然后经数学处理得到空间增益,再经简单换算得到电声效率,以便正确评估匹配层宽带换能器基阵的性能。