均匀活塞阵辐射声场研究

主要研究了均匀活塞阵的近-远场的辐射声场。首先利用点源声波干涉原理建立均匀点源活塞阵的辐射声场理论,进而推导均匀活塞阵的近-远场的辐射声场函数表达式,并采用Matlab软件仿真了近-远场的辐射声场,分析了近-远场的声场变化规律、声轴方向声压的变化规律和旁瓣级的变化规律。通过与实测的80 kHz均匀活塞阵换能器近-远场的辐射声场对比,表明了实测结果与仿真结果基本一致,验证了理论与测量方法的可行性,能够为实际测量工作提供指导。     

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°。     

一款高频弧形换能器

多波束图像声纳广泛应用于水下工程实施、浅海地貌测绘、蛙人和水雷等水下小目标的探测识别,高频弧形换能器是多波束图像声纳的重要组成部分,用于发射高频宽波束声波.通过理论公式计算了宽波束高频弧形换能器的指向性图,分析了指向性特征：主波束内存在连续的震荡起伏,震荡幅度由中心向两侧逐渐增大,在波束边缘处出现最大值,波束中心幅值比最大值减小1~2 dB左右.采用1-3型压电复合材料,研制了一款宽波束发射的高频弧形换能器,换能器谐振频率为440 kHz,最大发送电压响应为162 dB,-5 dB水平开角为107o,-3 dB垂直开角为26o,可应用于多波束图像声纳.     

准1-3复合型压电换能器的研制

水声高频换能器在水声领域具有广泛运用,然而常规厚度振动高频换能器在高频段存在强烈的高次径向耦合振动,制作出的换能器出现了阻抗曲线杂乱,相位一致性差,电声效率低的问题。设计制作了一种单一振动模态的换能器,通过将常规厚度振动换能器陶瓷片切割成密排矩形颗粒,再用环氧树脂将切缝填充满。制作两片直径为55mm的准1-3复合材料,由该材料制作的换能器谐振频率为293kHz,谐振点阻抗50,3dB阻抗带宽23.5 kHz,3dB开角为5.75°,50W电功率输出声源级达到217.5dB。通过该工艺可以消除高频厚度振动换能器的高次径向耦合振动,提高高频厚度振动换能器的电声转换效率和一致性,并能实现批量制作,为高频换能器在水声领域的广泛运用提供了新的手段。     

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。     

1-3-2压电陶瓷/聚合物复合材料圆柱型换能器制备

改进的1-3(1-3-2)型压电复合材料由1-3压电复合材料与陶瓷基底沿陶瓷极化方向串联而成,其不仅具有与1-3复合材料相同的优点,而且克服了1-3复合材料遇热和受压容易变形等缺点。利用改进的1-3型压电复合材料制作的圆柱型水声换能器在直径为70mm时,其谐振频率为72kHz;发射电压响应为139dB;在20～60kHz频率范围内接受电压灵敏度为-212(起伏±4dB)。换能器水平方向具有基本均匀的指向性,垂直方向波束宽度为12°。     

宽带水声参量阵指向性设计与实验验证

利用宽带水声参量阵可产生高指向性宽带低频声束,推导了宽带水声参量阵生成低频声束的自解调理论模型,对其换能器指向性进行了分析与设计,并研制出了宽带水声参量阵样机。测试结果表明：该样机产成的2 kHz声束的-3 dB指向性锐角约为2.6°,具有很好的指向性,且旁瓣抑制效果好,能够产生无旁瓣的高指向性低频声束。这为解决浅海水声通信的多途干扰、远程水声保密通信等问题提供了一条新思路。     

一种纵振换能器实现束控的方法研究

以纵振模式中高频压电换能器有效工作面形状、面积为变量,研究其收发指向性随工作面积权加权的变化规律。参考浅海多波束声呐接收阵元设计要求,用SYSNOISE软件仿真计算了几种不同工作面形状换能器的接收指向性图,选用一种接收阵元的仿真参数制作了换能器实物,样品测试与仿真结果较一致。     

二维阵列换能器声辐射力分布的计算分析

利用角谱理论得到了圆形活塞换能器阵元组阵后作用在平面悬浮物体上的声辐射力分布公式。通过数值仿真,分析了换能器频率、阵元间距以及阵元数目对声辐射力分布的影响。计算结果表明,换能器组阵使得声辐射力分布的指向性变窄,强度增强;随着换能器频率的提高、阵元间距的增大以及阵元数目的增多,声辐射力分布的主瓣更尖锐,但阵元间距的增大会使声辐射力分布的旁瓣增高。为了改善声辐射力的空间分布,采用伪逆矩阵算法,以能量增益为目标函数,通过调节换能器阵元表面振动速度的幅值和相位来形成多焦点的声辐射力分布,为阵列换能器声辐射力分布的调控和声悬浮稳定性的研究提供帮助。     

用Terfenol-D驱动的凹筒型换能器

文章介绍了自行研制的用稀土超磁致伸缩材料作为激励器的凹筒型换能器。这是一种新型弯张式发射换能器,具有频率低、功率大、尺寸小等可贵特性。采用Terfenol-D棒径向开槽结构可有效降低材料中的涡流损耗;采用钐钴稀土磁钢提供永久型偏置磁场,从而避免了常用的直流偏磁结构中因激励线圈过热损害而带来的不可靠因素;采用特殊工艺措施保证6根应力螺杆上施加足够且均匀的应力。研制的换能器最大外型尺寸为Φ130mm×250mm,谐振频率为990Hz,发射电流响应级为170dB(0dB=1μPa·m/A),声源级为190dB(0dB=1μPa at 1m)。在1kHz附近谐振点的等效电阻为13.6Ω。     

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。     

开阔水域下换能器指向性实船校准方法研究

随着换能器谐振频率的降低,其尺寸一般会增大,现有的测量方法对其指向性的测量越来越困难,而且换能器在实船安装前后性能会发生变化.文章提出了一种基于三维立体水听器阵列的开阔水域下换能器指向性实船校准方法.利用超短基线定位和坐标转换确定待校准换能器与水听器阵列的位置与方向,并通过水听器阵的接收声压数据绘制换能器的指向性图.在...     

面剪切振动模式弛豫铁电单晶换能器

[011]极化方向、zxt-45°切型的PIN-PMT-PT单晶因其高剪切压电应变常数、高机电耦合系数和高柔顺系数等特点,在水声换能器中存在广阔的应用前景.通过设计中间质量块的方法,将单晶产生的剪切振动转换为换能器的纵向振动,并利用辐射头的弯曲振动和圆环尾质量块振动的耦合拓宽工作频带.通过有限元仿真分析,研究了结构参数...     

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...     

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。     

一款水声通信换能器研究

随着声呐技术的迅速发展,水声通信在海洋科学研究及海洋开发中发挥着非常重要的作用,水声通信换能器是水声通信设备中负责电声转换的重要部件。研究了一款带底座的溢流圆管换能器,通过有限元仿真计算了换能器发送电压响应和方向性等参数,优化了换能器中的陶瓷元件和底座的结构尺寸,制作并测量得到一款半空间指向性的水声通信换能器,换能器的工作频段为11~23 k Hz,带内起伏为3 d B,最大发送电压响应为133 d B,-3 d B垂直开角大于180°。