VII型低频弯张稀土换能器研究

为了进一步提高VII型弯张换能器的工作性能,本文对VII型低频弯张稀土换能器课题研究作了总结:研究了弯张换能器各方向尺寸与其同相振动谐振频率之间的关系;计算了VII型弯张换能器壳体给驱动元件施加一定预应力时,壳体所需的装配位移的大小,并作了相应的实验验证;对研制出的换能器弯张壳体及换能器的振动模态进行了测试,与理论计算相符;测试了VII型弯张换能器的声学性能-水中呼吸模态对应谐振频率为1.16kHz,带宽为680Hz,机械品质因数Qm为1.71,单位电流发射响应在谐振频率处达到186.1dB,电声效率为13.1%;弯张换能器随入水深度的不同, 驱动元件两端所受到的总的预应力是不同的,计算了换能器入水深度与预应力的关系;利用赫姆霍茨积分方程—有限元结合方法,计算出了换能器辐射声场指向性。在本文最后,指出了今后改进该型换能器性能的方向。     

基于多普勒激光测振仪的Ⅲ型弯张换能器振动模态分析

为了测量和验证Ⅲ型弯张换能器在工作状态时辐射面的振动情况,采用多普勒激光测振仪对Ⅲ型弯张换能器的振动模态进行了测量,并与有限元软件仿真结果进行了对比。测量得到换能器壳体的一阶振动模态的谐振频率为1729 Hz,换能器一阶振动模态的谐振频率为2 065 Hz,与有限元模态仿真结果吻合较好。研究结果表明,多普勒激光测振仪能较好地对换能器的振动模态进行测量,可用于换能器的辅助设计。     

IV型弯张换能器的数学建模

ＩＶ型弯张换能器的振动机理比较复杂,它包涵着驱动振子的振动、壳体的振动、 水介质振动及它们之间相互耦合而构成的复合振动。本文对其进行了较详细的理论分析,给 出了换能器壳体的振动位移分布和谐振频率。并根据干模态讨论了换能器在水中的声辐射特 性;再者,结合压电方程及换能器的振速、应力分布给出了换能器在水中的电机声等效电路。 理论分析结果与有限元法及实验测量进行了比较,符合较好。     

Ⅳ型弯张换能器的数字建模

Ⅳ型弯换能器的振动机理比较复杂,它包涵着驱动振子的振动、壳体的振动、水介质振动及它们之间相互耦合而构成的复合振动。本文对其进行了较详细的理论分析,给出了换能器壳体的振动位移分布和谐振频率。并根据干模态讨论了换能器在水中的声辐射特性;再者,结合压电方程及换能器的振速、应力分布给出了换能器在水中的电机声等效电路。理论分析结果与有限元法及实验测量进行比较,符合较好。     

嵌入式外部驱动IV型弯张换能器设计

为了减小外部驱动IV型弯张换能器长度,提高此类换能器的实用性,提出在弯张壳长轴方向设计一U型凹槽、驱动单元置于凹槽内驱动的方案。利用有限元软件重点分析U型凹槽尺寸对换能器谐振频率和体积位移的作用规律,同时结合水中模型的发射电压响应,设计了一款谐振频率为2.2 k Hz、-3 d B带宽为330 Hz的嵌入式外部驱动IV型弯张换能器。这种结构的换能器不仅吸收了已有外部驱动IV型弯张换能器的优点,还弥补了其长度尺寸过大的缺陷。     

Ⅱ型弯张换能器壳体的振动特性分析

弯张换能器是一种新型大功率换能器,具有低频、高效、结构紧凑、功率容量比大等优点。本文分析了Ⅱ型弯张换能器壳体的振动特性。讨论了壳体振动问题的数学建模及非伸长型振动条件下固有模态和准静态解,得出了对称式最低阶振型。     

Ⅲ型弯张换能器的有限元设计及结果验证

本文利用有限元方法对Ⅲ型弯张换能器进行了建模分析。对换能器空气中的工作状态及参数进行了预报，并且将激光干涉技术引入到换能器的实际振动模态和谐振频率的测量中，对有限元设计的结果进行了较为全面的验证。     

一种采用PVDF压电薄膜的弯张换能器

本文提出了一种采用PVDF压电薄膜代替弯张换能器的金属外壳的新型弯张换能器,即一种采用PVDF压电薄膜的弯张换能器。用阻抗分析仪、激光扫描测振仪和水声测量系统分别测量了采用PVDF压电薄膜的弯张换能器的谐振频率、带宽、发送电压响应、水平指向性。通过对比分析实验结果,可以看出该新型换能器与传统换能器一样可以将压电晶堆纵的振动转化为壳体的径向振动。     

弯曲圆柱换能器振动特性实验研究

弯曲圆柱换能器是一种典型的低频、大功率、小尺寸水下声源。分析表明,其振动和声学性能与驱动元件的预应力工况和端盖的边界条件密切相关。尽管可以利用仿真分析得到相关规律,但受限于问题的非线性和材料参数的不稳定性,很难对实际的工况进行准确模拟。利用激光测振法对弯曲圆柱换能器在不同条件下的振动特性进行测量分析,并对其预应力工况和端盖边界条件进行了优化。实验研究表明,不同预应力工况对换能器振动输出的线性度和效率有较大影响,而端盖约束边界条件会改变换能器的模态振型和谐振频率。同时,激光测振法为一般换能器最终声学性能的准确优化提供了一种高效的实现方法。     

基于锤击法的有轨电车嵌入式轨道减振性能试验研究#br#

弯曲圆柱换能器是一种典型的低频、大功率、小尺寸水下声源,分析表明,其振动和声学性能与驱动元件的预应力工况和端盖的边界条件密切相关。尽管可以利用仿真分析得到相关规律,但受限于问题的非线性性和材料参数的不稳定性,很难对实际的工况进行准确模拟。本文利用激光测振法对弯曲圆柱换能器在不同条件下的振动特性进行测量分析,并对其预应力工况和端盖边界条件进行了优化。实验研究表明,不同预应力工况对换能器振动输出的线性度和效率有较大影响,而端盖约束边界条件会改变换能器的模态振型和谐振频率。同时,激光测振法为一般换能器最终声学性能的准确优化提供了一种高效的实现方法。     

纵振换能器式圆筒型超声电机振动特性的研究

以纵振夹心换能器式圆筒型超声电机为研究对象,对换能器的振动状态进行了分析,给出了换能器弯曲振动的产生原因;研究了耦生弯振对电机机电耦合系数以及圆筒中弯振行波质量所带来的影响,耦生弯振的存在使得定子模态特征频率偏离换能器谐振频率,并使得定子圆筒中的弯振行波产生了畸变。最后,提出一种采用换能器弯振激励圆筒径向弯振的模态组合方式。     

稀土IV型弯张换能器研究

IV型弯张换能器低频发射时具有尺寸小、重量轻的特点,是一种常用的水下低频大功率声源。稀土超磁致伸缩材料相较于压电陶瓷拥有更大的应变量和能量密度,并且杨氏模量较小,可以有效降低换能器谐振频率。利用稀土超磁致伸缩材料作为激励材料,设计了一种低频IV型弯张换能器,对其静态磁场和动态磁场进行了分析,构建出双棒式磁路,并使用有限元分析软件进行了换能器的结构建模与计算。根据计算结果制作了稀土IV型弯张换能器样机,测试结果表明所设计的换能器与仿真结果吻合较好,水中谐振频率为370 Hz,最大声源级为196 d B,能够实现低频、大功率发射。     

有限元和边界元在纵向式换能器设计中的应用

采用有限元和边界元相结合的方法，计算分析了纵向式换能器在空气和水中的振动模态、谐振频率、导纳曲线及空间指向性。并与实际测试进行了比较。     

一种顺性管的仿真与设计

设计了一种钛合金材料的顺性管,在换能器液腔内使用起去耦作用,以减少声能损失提高声源级。此顺性管的耐压深度为300m,水中的谐振频率1．6kHz,远离换能器的工作频率552Hz。利用有限元软件仿真了某种溢流式弯张换能器在两种状态下（带顺性管和不带顺性管）的性能,从计算结果可得顺性管有助于提高换能器的声源级和减低换能器的工作频率。     

弯张换能器的发展简史及展望

本文简要地回顾了弯张换能器的发展史,阐述了各型弯张换能器的结构特点,着重比较了实际中广泛应用的ＩＶ型和ＶⅡ型的不同之处,并从理论设计方法和驱动元件材料两方面,论述了现代弯张换能器的发展趋势。     

高频宽带圆管换能器研究

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。     

纵弯复合多自由度球形超声电机的研究

摘 要：目前国内外对多自由度超声电机的研究和应用尚属探索阶段,出现了多种结构的多自由度超声电机。本文提出了一种新型单振子纵弯夹心换能器式超声电机结构,由单一驱动足产生多自由度振动轨迹,驱动球形转子作多自由度运动;对十字交叉换能器做了模态分析,对纵振和弯振做了模态简并;建立了驱动足的运动轨迹方程,并仿真分析了典型驱动方式下驱动足的振动轨迹;试验测试了样机转子绕X、Y、Z轴转动的速度与电压之间的关系和转矩与速度之间的关系,计算了相应情况下电机的最大效率;电机旋转方向与分析结果一致。
     

用于声化学的复合换能器的研究

设计了一种夹心式纵弯复合振动模式超声换能器,该换能器由纵向夹心式压电超声换能器与弯曲正六边形薄板组成。采用有限元方法,对一定几何尺寸边界自由的正六边形薄板进行模态分析,得到中心位移最大的某一模态,设计以该模态的频率作为共振频率的纵弯复合模式换能器。当复合振动系统振动模式的共振频率与纵向换能器的共振频率以及正六边形薄板弯曲振动的共振频率一致时,复合振动系统具有较高的有效机电耦和系数,系统声辐射能力较强;频率的理论与测量值的误差可能是设计纵向换能器时未考虑预应力螺栓、前后盖板的形状以及横向振动的影响,材料参数的取值与实际值有误差。弯曲振动的正六边形薄板的几何尺寸大,将会增大复合振动系统声波的辐射面积,因此可以改善局部空化腐蚀问题,并且可以提高槽内声场的均匀性,从而可以提高声化学产率;实验结果表明,换能器的共振频率测试值与设计值基本吻合。     

1-1-3型压电复合材料的振动模态研究

对1-1-3型压电复合材料进行了振动形态的分析。1-1-3型压电复合材料选用PZT-5H、硅橡胶和环氧树脂制备而成。从制备的两组样品的实验证明该复合元件相比传统的1-3型压电复合材料具有较高的机电耦合系数和较低的声阻抗。通过PSV-400型激光测振仪测量其振动形态,发现其中压电陶瓷柱的振动为主动振动,模态为电场平行于长度方向的纵向伸缩模态。该结构的复合元件充分发挥了压电柱本身的压电性能,进而提高了整个元件的压电性能,使得该复合元件更适合应用于水声换能器。     

自由端盖四梁凹形宽带弯张换能器设计

针对凹形弯张换能器改善低频宽带工作特性的技术需求,提出了一种自由端盖四梁凹形弯张换能器新结构。结构中将纵向振子的端部设计成弹性辅助梁,与主弯曲梁连接构成复合弯曲梁。同时为了克服弹性辅助梁对振动辐射带来的不利影响,引入了由纵向振子驱动的方形自由端盖并以此构成新的辐射端面。利用有限元软件分析了这种新结构弯张换能器的多模振动特性,模态分析表明换能器的前五阶模态是可利用的主要工作模态,频率间隔可以通过敏感结构参数进行调控。通过优化给出了一种设计方案,换能器整体几何尺寸为 140 mm×140 mm×396 mm,仿真分析了换能器在水中的导纳特性和发射电压响应曲线,结果表明：换能器最大发射电压响应大于 145 dB,发射电压响应起伏小于 6 dB的工作频带为 1.5~4.3 kHz,发射电压响应起伏小于 10 dB的工作频带为 1.5~8 kHz,具有低频宽带大功率工作特性。