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°。     

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。     

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...     

高频换能器功率疲劳分析

压电陶瓷元件因疲劳破坏而失效是造成高频发射换能器损坏的重要原因之一。以一款高频换能器为例分析了换能器功率疲劳现象和压电陶瓷功率疲劳机理;针对高频换能器水中阻抗与空气中阻抗比较接近的特点,设计了空气中大功率发射以加速复现功率疲劳的实验方法,制作了实验样机;实验较好地复现了电导值下降、发送电压响应下降的功率疲劳故障现象,验证了发射功率是换能器功率疲劳的主要因素。当发射功率较大时,散热环境是诱发功率疲劳的重要因素。为避免换能器产生功率疲劳,必须重视发射功率、工作环境和散热情况;发射功率越大对工作环境散热要求越高。     

压电水声换能器宽带匹配特性研究

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。     

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。     

纵向换能器宽带研究设计进展

复合棒换能器因其结构简单,性能可靠等优点在声呐系统中占有重要的位置。随着新功能材料、新理论的出现和发展,各种以复合棒换能器为基础衍生出的纵向换能器不断研制出来,在科研、军事领域得到广泛应用。了解、掌握这些换能器的工作原理对相关工作者不无裨益。介绍了纵向换能器的基本结构、工作模式、研究设计方法、及多种宽带实现思路和相应换能器具有的工作特性等。纵向换能器的多样设计不仅扩展了工作频率范围,也满足了许多不同的应用目的。     

宽带换能器基阵的计算机辅助设计

宽带换能器基阵的计算机辅助设计杨瑞科，陈启敏，魏忠仁（陕西师范大学物理系、声学所西安·７１００６２）１前言换能器（或基阵）是超声及水声设备中必不可少的关键部件，且是声学检测设备区别于其它设备的主要标志。由于换能器向着大功率、高指向性、宽带等方向发展，...     

水声宽带换能器匹配技术研究

低频宽带大功率换能器是现代水声发展的一项关键技术。换能器与功放匹配是宽带大功率水声发射的关键技术之一,本文对一种宽带大功率匹配匹配网络进行了设计分析,通过该匹配网络可改善宽带匹配效果,同时拓宽工作频带。文中还给出了一台功放驱动两只宽带换能器的匹配网络。     

一种深水宽带换能器

深海潜水器是支撑探查和开发深海资源、开展深海科学研究、进行深海工程作业的重要装备,作为深海潜水器上的重要部件,可在超深水工作的声学换能器具有广泛的应用前景。介绍了一种深水宽带换能器的设计方法,采用纵弯换能器,该型换能器利用纵向振动和前盖板弯曲振动相互耦合,具有宽带工作的特点;换能器封装在带有压力平衡装置的耐压外壳中,耐压外壳采用钛合金材料,外壳及换能器内部充有硅油。实际测试表明,换能器最大工作深度可达7000 m,最大声源级大于195 dB,工作频段7~15 kHz,覆盖了深海探测领域常用的频段,具有良好的适应性和广泛的应用前景。     

新型圆管换能器预应力分析

大功率圆管换能器在清洗、除垢、萃取等领域中有着广泛的应用。分析了一种新型圆管换能器,通过热胀冷缩原理给换能器施加预应力,充分发挥压电陶瓷的机械性能,达到大功率辐射要求。通过有限元仿真软件ANSYS对换能器的预应力进行仿真分析,着重分析了金属管材料、管壁厚度以及温度差与热应力的关系,根据优化结果选择合适的材料、尺寸制作出换能器初样品,换能器测试结果一致性较好。     

一种带障板宽波束宽带纵振动换能器

介绍了一种带障板宽波束宽带纵振动换能器。通过将纵振动换能器的纵振动模态和前盖板弯曲振动模态有效耦合来达到拓宽换能器工作频带的目的;并提出利用反声障板边界结构大幅度增大发射波束宽度的方法。利用有限元软件分析了其在水中的特性。分析结果表明,通过纵弯模态耦合方式可有效拓宽换能器的频带宽度;通过障板在纵振动换能器中的应用可有效调节纵振动换能器的波束特性,从而实现宽波束的目的。实际制作该换能器并测试了其在不同情况下的性能,测试结果表明:有限元分析结果跟实验测量结果吻合。在9.5~18 kHz的频率范围内实现了发送电压响应起伏不超过3 dB的宽带工作;在11、12、13、14 kHz,实现了120°~160°的宽波束。     

压电水声换能器的声学特性分析

压电水声换能器是一种既能作为驱动器又能作为传感器工作的水下探测装置。准确预测其在嘈杂水下环境中的声学特性对设计出坚固耐用的换能器是十分重要的。有限元方法对分析换能器在不同环境中的各种性能十分有效和实用。建立了一种Tonpilz型换能器的二维轴对称有限元模型,设计了基于有限元方法的程序,对其进行了动力学分析,包括模态分析和谐响应分析等,获得了一些声学特性。该程序分析的结果与ANSYS软件分析的结果显示出较好的吻合性。     

声障板对圆柱换能器轴向波束抑制技术研究

文章研究了声障板对圆柱换能器轴向波束抑制特性。利用有限元仿真方法建立了带轴向反声障板的圆柱形换能器的水中模型,通过改变障板距离圆柱形换能器的相对距离、直径等参数,探索了障板对圆柱形换能器轴向波束的抑制效果,并实际制作了带轴向障板的圆柱形换能器。结果表明:有限元仿真计算结果与试验测试结果吻合较好,利用障板技术可以有效地抑制圆柱换能器轴向声压。     

弯张换能器的有限元设计

IV型弯张换能器是水声领域中一类低频、大功率换能器，其理论分析通常采用有限元法。利用ANSYS软件建立了800Hz的IV型弯张换能器的有限元模型，进行结构分析与设计。根据分析的结果制作出样机，测试的结果与理论分析基本符合。     

有限元简化模型应用于超声换能器模拟分析

依据有限元方法的基本物理思想,在某些不需要计算辐射声场的准确声学参数和波束特性的工程应用方面,对流体模型进行充分简化,提出了简化模型处理的有效方法,利用该方法对超声换能器进行模拟分析,并进行了样品的制作和测试,实测结果与模型简化分析处理的结果基本一致。可以证明,用该方法进行换能器的优化设计是可行和高效的。     

一种低旁瓣圆形活塞高频换能器研究

文章主要研究了一种低旁瓣圆形活塞高频换能器,采用去环非均匀分布方法实现低旁瓣,推导了去环非均匀圆形活塞换能器的指向性函数表达式,建立了指向性仿真模型,并采用Matlab软件进行仿真优化,对不同去环位置和不同去环宽度的圆形活塞换能器旁瓣级变化规律进行了分析,并通过添加匹配层拓展带宽。制作了一款低旁瓣圆形活塞宽带高频换能器,并进行测量。实测结果与仿真基本一致,换能器实测最大旁瓣级为-22.4 dB,较均匀圆形活塞换能器旁瓣级降低了4.8 dB,中心频率为325 kHz,-3 dB带宽为150 kHz。     

超声换能器的宽带阻抗匹配器研究

在功率超声领域，换能器的阻抗匹配占有相当重要的地位，但有关在较宽频带内都能适用的匹配方案尚少有报道。为满足实验室研究工作需要，我们研制了两套简易匹配装置，可分别对２０～５０ｋＨｚ和０．２～２．０ＭＨｚ频率范围内的超声换能器实现阻抗匹配。