气介式功率超声复合换能器的声辐射特性研究

本文对气介式功率超声复合换能器的辐射声场进行了理论计算并与实验结果进行了对比。该复合换能器由夹心式纵向振动半波长换能器及弯曲振动的薄圆盘组成。从理论上推出了弯曲振动辐射圆盘在不同边界条件下的辐射声场分布及其共振频率方程。理论分析结果表明,固定边界弯曲振动圆盘辐射声场的指向性最佳,并且指向性的理论计算结果与实验结果符合很好。     

单台阶同心圆盘辐射声场的指向性计算

作为向空气中辐射的声辐射器,弯振阶梯薄盘或矩形板在工业上有很多应用。由于计算的复杂性,以前的文献对阶梯圆盘的声场指向性未作研究。利用点声源组合的方法（Rayleigh积分）,计算了边界自由的弯振阶梯圆盘辐射声场的指向性,与弯曲振动的圆盘相比,阶梯圆盘的声场指向性得到了明显改善,理论计算结果与Gallego的实际测试图案相吻合。计算为这类辐射器的高效应用、优化设计提供了理论依据。     

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…     

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。     

基于四元十字阵的低频换能器指向性检测方法

针对大型低频换能器指向性难以测量的问题,提出了一种基于四元十字阵的测量方法以获取大型低频换能器的指向性。利用到达四元十字阵阵元的时延差信息,结合双曲面交汇法对换能器进行定位,并根据四元十字阵阵元测得的声信号实现大型低频换能器指向性的测量;对定位算法进行理论仿真,设计并进行了湖上试验以测量模拟声源的指向性;对湖上试验测量数据进行计算分析,并与模拟声源在消声水池中的测量结果进行比较,两者-3 dB波束开角的测量结果相差在10%以内。此方法可以用于低频换能器指向性的测量。     

厚圆盘弯曲振动辐射声场指向性研究

厚盘辐射体机械强度高,横向尺寸小,在高频大功率声辐射条件被广泛应用。基于Mindin理论对厚圆盘的弯曲振动辐射声场特性进行了研究,推导出三种边界条件下厚圆盘辐射声场指向性的数值表达式,编制程序并研究其声辐射特性。结果表明,不同边界条件下的相同尺寸厚圆盘各阶指向性的尖锐程度不同,其中固定边界条件下辐射主声束角宽度最窄即指向性最尖锐,自由边界条件下主声束角宽度最宽,即指向性最不尖锐,简支边界条件次之;并且随着振动阶数和厚度的增加,各边界条件下厚圆盘的辐射声场主瓣指向性越来越尖锐,旁瓣逐渐增加,指向性变得越来越复杂。对同一频率、不同材料的厚盘,材料对其指向性的影响较小,但对同一尺寸、不同频率的厚盘,材料对其指向性的影响较大,研究结果对厚盘弯曲振动辐射体的应用提供了参考。     

弯曲振动气介式超声换能器的振动特性及辐射声场研究

本文对弯曲振动气介式超声换能器进行了研究，推出了夹心式换能器与弯曲圆板二者复合振子的机电等效电路及其总体频率方程，得出了其远场声压分布及指向性的解析表达式，并数值计算了换能器近场三维声压分布。     

弯曲振动矩形薄板的辐射声场研究

本文对边界简支弯曲振动矩形薄板的辐射声场进行了研究,得出了其辐射声场的解析表达式,并计算了声场的三维及二维指向性图案．     

换能器组阵对声场指向性的影响

根据点声源的声场指向性函数,推导出了考虑换能器振动面积时单个超声波换能器的指向性函数和由其组成的矩形阵列的指向性函数,研究了单个超声波换能器和其组成阵列的指向性。计算分析了阵元面积、阵元间距及阵元数目对超声波换能器阵列指向性的影响,为高指向性噪声的控制和声武器对抗提供帮助。     

阶梯圆盘节圆偏离对辐射声场指向性的影响

在实际应用中,阶梯圆盘节圆位置与预先设计的阶梯位置不可能实现真正意义上的重合,节圆会偏离阶梯位置。以带有一个中心上凸的阶梯圆盘为例,将阶梯圆盘按节圆及阶梯位置分成三个部分,提出了解析计算这三部分位移分布的方法,经有限元计算证实了这种方法的有效性。在此基础上,利用声场迭加的原理导出了辐射声压,并计算分析了节圆偏离对指向性的影响。结果表明：节圆偏离阶梯位置会导致阶梯圆盘的指向性主瓣的半开角变大,节圆比阶梯位置偏大到一定值时指向性主瓣分叉,这使得阶梯圆盘的辐射声场能量相对分散。     

几种典型技能器声场特性的微机计算

本文利用克希霍夫积分法分析推导了八种典型换能器辐射声场的一般表达式．．特别给出了其近场轴上声压及这场指向性函数的表达式，并用微机进行了数值计算，得出各种换能器的代表性特性曲线与图案。对影响换能器声场的传感器形状、尺寸及某些物理参数进行了必要的分析与讨论。     

纵波及横波换能器在半无限固体介质中的辐射声场指向性

本文研究了圆形纵波及横波平面辐射器在半无限弹性固体介质中辐射声场的指向性，该指向性反映了半无限弹簧固体介质和辐射器有限尺寸对辐射声场的影响。用铝制的实验室模型分别测试了辐射声场的纵横波波形，实验结果与理论计算有较好的一致性。本文为固体换能器性能的测试提供了一种有效方法。     

轮胎振动声辐射数值分析

以225/50R17光面和纵向刻槽子午线轮胎为例,利用有限元软件ANSYS和边界元软件SYSNOISE对在面荷载激励下的轮胎振动与声辐射做了数值计算和分析。在有限元模型中,分别计算了轮胎在受径向接触面力、切向接触面力和侧向接触面力时的位移频率响应。将有限元计算的节点位移响应结果传递到边界元模型中,作为边界元模型的速度边界条件,利用边界元技术分别计算了三种工况下轮胎的辐射声功率、辐射效率和远场指向性。     

弯曲圆盘换能器的振动特性及激光测量结果

１引言 对弯曲圆盘换能器,以往只研究它的基频振动［１］,很少关心它的其它振动模式。为了要研究激光测振,我们选用了弯曲圆盘换能器作为测试对象,不仅测量了它的基频振动,而且也测量了它的其它振动模式。为了要验正测量的正确性,因此我们用薄板振动理论来近似地计算它的振动模式［２］,并与测量结果进行比较。２．弯曲圆盘换能器振动特性的近似计算２．１周边钳定圆形薄板的振动 周边钳定圆形薄板的振动方程为边界条件为 位移等于零即 斜率等于零即式中Ｅ为板的杨氏模量;为板的密度;为泊松比;为权中心面上任何一点在垂直方向的位…     

圆环式径向换能器声压分布及其指向性

根据圆环式径向换能器的对称性,定性分析了其声压分布性质,提出将辐射面镶在无限幕上并向辐射面的外法线所在的半空间辐射声场的分析模型;根据惠更斯原理,推导了圆环式径向换能器辐射声场远场区的声压分布以及指向性函数;通过MATLAB绘制指向性函数曲线,研究换能器的有效工作段长度、外径以及辐射频率对其指向性的影响。结果表明,当换能器的尺寸一定时,辐射频率增大,指向性增强;当换能器的辐射频率和外径一定时,换能器的有效工作段长度增大,指向性增强;当换能器的辐射频率和有效工作段长度一定时,外径对声场指向性的影响不大。结合有限元分析软件COMSOL Multiphysics,仿真声波在混凝土中的传播,进一步验证了以上结论。     

纵振激励频率对圆盘弯曲振动特性的影响

利用有限元方法,计算并分析了具有一定大小的激励面积、频率不同的纵向夹心式换能器激励圆盘中心时,产生一阶弯曲振动的规律.结果表明:随着激励源频率的逐渐提高,圆盘弯曲振动的基频在不断增大,节圆半径也在增大,圆盘圆心处的位移振幅先增大后减小.实验测试与有限元计算结果基本吻合.该研究为此类复合纵弯振动系统的设计和实际应用提供了一定的参考.     

新型叠片式压电换能器的有限元分析

提出一种新型叠片式压电换能器结构,利用有限元仿真软件ANSYS10．0分别在空气中和水中对这种换能器进行了建模仿真,得到了压电换能器的工作频率、振动曲线和导纳图,计算出了换能器在水中的发射响应和指向性,结果表明这种叠片式结构可有效提高压电换能器的灵敏度。     

二阶镶拼圆管矢量接收换能器研究

文章介绍了一种二阶镶拼圆管矢量接收换能器的设计方法，获得了类偶极子指向性以及波束宽度更为锐化的类四极子指向性。利用理论计算以及有限元仿真分析了镶拼圆管的指向性以及接收灵敏度，并实际制作了二阶镶拼圆管矢量接收换能器。在消声水池的测试表明，灵敏度测试结果与有限元仿真计算结果吻合较好，镶拼圆管矢量接收换能器类偶极子指向性图-3 dB波束宽度在95°左右，类四极子指向性图-3 dB波束宽度在40°左右，二阶矢量指向性图波束宽度明显比一阶矢量指向性图波束宽度更加锐化。     

大尺寸发射换能器基阵指向性指数的远场测量

利用常规的远场测量技术和确定采样间隔的“九点采样法”,在4π立体空间内对大尺寸换能器基阵指向性函数进行采样,用计算机计算了它的指向性指数。按照该方法给出了一个圆柱扇面发射阵指向性指数的实测例子。结果表明,用两种采样间隔测量、计算得到的指向性指数值相差不到0.1dB     

密排平面阵辐射声场分析

研究了声场分布计算射线声学和波动声学的基本理论,用解析法和声有限元-边界元法计算了平面阵辐射声场的指向性和波束宽度,分析了指向性和波束宽度随频率变化的规律。在消声水池中对研制出的密排平面九元阵的指向性和波束宽度进行了实验测量。测量结果表明,采用阵元第一谐振频率半波长布阵时频带内互辐射对指向性影响较小,在声波频率较高时,两种算法的计算值和实测值基本吻合,并且比较了两种算法计算声场指向性的适应范围和优缺点。