计算增压式换能器谐振频率的简单方法

增压式换能器在一定条件下可近似地看作脉动圆柱换能器。它做接收水听器使用时因增压作用而有较高的接收电压灵敏度以及在低于谐振频率时有较平坦的频率响应。它也可作发射换能器,并有较好的发射性能。这采取适当措施以后可承受中等功率。由于这种换能器的谐振频率可灵活调节,与其它圆柱换能器相比,直径可做得较小,因而受到设计者的欢迎。它的应用也颇广泛。显然,对于这种换能器谐振频率的计算具有实际意义,且已有多人作过研究。本文从工程上的实用观点出发,从理论和实验的结合来研究上述问题,给出适合工程计算的公式。在薄压电圆片径向振动…     

一种确定换能器参数的方法

一、前言 大家知道,换能器工作在谐振频率时,可以用集总参数来表示换能器等效线路中的各元件。这对于分析换能器在谐振点的性能是有用的。但仅仅知道谐振点的等效线路是不够的。如果能够在谐振频率以外的其他频率也用等效线路的方法来描述换能器,这对于分析换能器和换能器阵的性能是很有用的。这样做的前提是承认等效线路的各参数是频率的函数,并且能够确定在各个频率下的等效线路的参数。知道了不同频率下各参数的值,就可分析和计算换能器的带宽,不同频率工作时的效率,换能器的相位变化、互辐射阻抗的大小和随频率的变化、互辐射对换能器和…     

超声同步检波报警器

一、引言 超声同步检波报警器就是利用同步检波原理做成的一种超声报警器。其原理如方块图1所示,这是一种适合於密闭仓室内使用的高灵敏度入侵报警器。它由单频信号发生器、发射换能器、接收换能器、选频接收机、同步检波电路、高通滤波以及报警电路构成。 发射换能器既可用作把信号转换为声信号向仓室发射超声波,又可作为单频信号发生器的振荡元件,使发射的频率始终跟踪着换能器的谐振频率。 接收换能器的谐振频率完全与发射换能器一致。它把接收到的超声波转换成电信号送入选频接收机。此时,接收到的信号有仓室内的静目标回波、宽带的环境…     

用于超声物位测量的换能器研究

本文介绍了两种用于超声物位测量的系列换能器──纵向振动夹心换能器和纵振动与圆盘弯曲复合振动的压电换能器。纵向振动夹心换能器的尺寸为４０和８０，外壳采用了防腐蚀的ＰＶＣ材料。从压电方程出发，计算了换能器的各部分振动元件的尺寸，然后通过实测，结果表明与计算值相吻合，当换能器距天棚２．５ｍ时。不经过放大器可接收到第一次回波为３００ｍＶｐ－ｐ，配以发射、接收电路盲区为０．５ｍ。另一类是采用纵向振动与圆盘弯曲振动的复合换能器，它具有尖锐的指向性、高的发射效率和接收灵敏度。但是受激圆盘作弯曲振动时，在其表面…     

高静水压下换能器阻抗特性的测量方法研究

针对在小腔体中阻抗分析仪发射连续波无法准确测得换能器阻抗的问题,提出一种在高静水压下使用脉冲正弦信号激励换能器测量阻抗的方法。以采样电阻法为基础,根据腔体尺寸确定发射脉冲个数以及可测频率范围来有效避免腔体边界反射对测量造成的影响。通过设置不同的发射频率,分别采集换能器两端及采样电阻两端的电压波形信号,利用已知频率的三参数正弦曲线拟合法分别得到波形信号的幅值和初始相位角,计算得到换能器的导纳值。改变静水压力,利用脉冲法测得0~10 MPa静水压下换能器导纳特性。实验结果表明,采用脉冲正弦信号激励的方法可在有限空间内准确测量换能器的阻抗特性;且随着静水压力的升高换能器的谐振频率发生偏移,导纳圆直径减小。     

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。     

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一有限元结合方法，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。     

声波测井偶极子发射换能器性能的实验研究

多极子声波测井是新一代声波测井技术,偶极子发射换能器制作技术是其关键技术。本文报道了对自行研发的偶极子声波测井换能器的一致性、耐温、指向性等进行的测试分析结果。本文对三个压电弯曲振子的实验测量结果表明,将偶极子声波测井换能器置于硅油中测量的谐振频率要比在空气中测量的谐振频率降低约20％：在室温到150℃范围内,换能器的谐振频率随着温度的升高略有降低;在偶极子声波测井发射换能器的指向性测量曲线中,换能器辐射声波能量最强方向的声压值与其最弱方向的声压值的比值超过12dB;初步现场测量结果说明．本文研制的偶极子声波测井发射换能器能够测得满意的偶极子声波测井波形。     

接收换能器非线性理论研究

一、接收换能器非 线性理论研究 在一般的声学问题中,人们总是将换能器视为线性器件。即作用于换能器表面的声压和换能器两端的开路电压呈线性关系。但是在非线性声学中、由于参量阵的工作频率向低频方向的发展以及参量阵近场应用研究的展开,换能器的非线性效应也就比较明显了,它直接影响和干扰了实验测量结果。例如,在参量发射阵的近场实验中,由于水听器距发射换能器较近,因此,此时原频衰减很小,作用于水听器的原频声波很强,而参量发射阵作为一种“虚端射阵”当阵长较短时,水介质非线性形成的差频信号未能经过足够的累加,因为差频信号很弱,…     

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。     

3-3连结接收型PZT压电复合材料换能器研究

本文介绍了3-3连接接收型 PZT 压电复合材料换能器的理论计算、设计原理和物理性能。换能器的特性阻抗为3.2×10~5Pa/s,在50～220kHz 频率范围内,接收灵敏度为-205dB 左右:与计算值吻合较好,在阶跃电脉冲作用下,换能器的瞬态输出波形为一个正弦周期。本文也列举了这种换能器的某些实际应用。     

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。     

多边形稀土换能器

本文对多边形稀土换能器作了理论分析并给出了实验结果。实验结果表明：多边形稀土换能器在低频段可辐射出较大的声功率，其中Ｃ－Ⅲ型换能器的谐振频率为７９０Ｈｚ，声源级可达１９１０ｄＢ。发射电声效率为２７．１％。     

超声波流量计换能器系统理论分析及应用

为了使超声波流量计能够获得最佳的超声波信号,从理论上分析了超声波流量计的换能器系统,在此基础上提出了用收发电压灵敏度参数来表征换能器系统的综合发射和接收性能。采用等效网络理论,计算了超声波压电换能器的发射特性和接收特性,同时给出了收发电压灵敏度的表达式以及在流量计工作频率下换能器的最优设计准则。应用该准则设计并制作了适用于热量表的超声波换能器。实验结果表明:采用该设计理论研制的换能器系统可以使热量表在工作频率上获得最优的超声波信号,同时也证明了采用该理论设计的超声波流量计换能器系统的有效性。     

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。     

气体超声流量计换能器温度特性研究

温度会影响气体超声流量计换能器的性能,进而影响换能器的一致性,因此研究换能器在变温条件下性能变化有重大意义。通过测量换能器的阻抗特性,计算换能器的电声参数,研究了温度对换能器谐振频率、静态电容及动态参数的关系以及不同激励信号频率下换能器收发波形的变化。结果显示,谐振频率与温度成反比关系,变化率为-0.11 kHz/℃;静态电容与温度成正比关系,变化率为0.015 nF/℃;越远离谐振频率,换能器的输出幅值越小,暂态过程振荡现象越剧烈。研究结果表明,温度变化会引起气体超声换能器的性能发生变化,激励信号变化会引起换能器收发波形变化,进而影响超声流量计换能器的配对特性。     

大功率夹心式压电换能器结构参数计算分析及设计

基于一维纵振理论和机电等效原理,得到了单匹配层夹心式压电换能器辐射声压级的计算公式,通过该公式对换能器结构参数对其谐振频率和辐射声压级(sound pressure level,SPL)的影响进行了计算分析。计算结果表明:换能器径向尺寸对谐振频率的影响不大,但前盖板径向尺寸的增大会提高辐射声压级;纵向尺寸的增大会使换能器系统谐振频率降低,但增加前盖板厚度,或增大前后盖板厚度比,有利于辐射声压级的提高;增加压电晶片的片数、厚度和面积都可使换能器辐射声压级提高;换能器发射端增加匹配层能有效提高辐射声压级,匹配层的厚度和密度对声压级幅值和带宽有影响。依据计算结果,进行了给定指标要求的换能器的设计计算。     

一种可用于重油降粘的大功率超声换能器设计

基于夹心式压电换能器基本原理,设计了一种可用于井口重油降粘和高凝油降凝的工业规模应用的大功率压电超声换能器,其工作频率为16.86 kHz,输入电功率为500 W,可在100℃高温环境下长时间连续工作。首先根据工作环境需要设计了换能器模型,结合等效电路法和传输矩阵法,计算了换能器满足谐振频率条件的各部分参数;通过有限元仿真软件ANSYS对换能器进行了模态分析和谐响应分析,确定了换能器的最佳工作模态和工作频率。根据仿真模型,制作了工程样机,通过阻抗分析仪测得其实际的工作频率与仿真结果的误差为0.5%。这种大功率压电超声换能器有望在重油降粘以及超声处理工业中得到规模化应用。     

超声点焊机的频率自动控制及其换能器

一、引言 超声波点焊工序(亦称超声波键合或超声压焊),是微电子工业不可少的工艺之一。在焊接中,如要获得可靠的焊点,除了微电子工业产品自身工艺质量外,超声波发生器的输出和换能器谐振频率的匹配就起着决定作用。但换能器的谐振频率不但取决于自身的几何形状,它还将随着温度变化及负载变化而变化。前者,是因换能器机电转换效率而形成的热积累、以及照明灯的热辐射和环境温度变化造成;后者,是换能器上劈刀安装位置不同及焊接时所加压力不同而形成的负载变化造成。如果当换能器工作的谐振频率发生微小变化时,整个系统的工作频率也能随之变化…     

带声匹配板的Tonpilz压电水声换能器

1.引 言 宽带大功率水声换能器由于具有优良的脉冲响应特性,且能够接收和发射各种信号,它已不仅是高分辨力声纳的关键部件,而且已成为水下通信系统必不可少的关键部件。 本文所述的换能器是附加有声匹配板的Tonpilz换能器(Tonpilz换能器即串并联电路机械模拟换能器—译注),它是根据多模式滤波器合成理论设计的。我们用这种方法