一种稀土换能器的研制

１引言从１９７２年Ｃｌａｒｋ等首先发现二元ＲＦｅ２多晶合金（Ｒ：稀土元素）具有大磁致伸缩发展到现在，人们已经能够生产单晶或晶粒取向的棒材，并开始商品化生产。如美国ＥｄｇｅＴｅｃｈｎｏＬｏｇｉｅｓ公司推出商品牌号Ｔｅｒｆｅｎｏｌ－Ｄ的单晶棒材。因为Ｔｅｒｆｅｎｏｌ－Ｄ的饱和磁致伸缩系数是传统磁致伸缩材料Ｎｉ的４０倍，比Ｐ－４的饱和应变大５～１０倍，其能量密度比Ｐ－４大１５～３０倍，并且Ｔｅｒｆｅｎｏｌ－Ｄ是低声速材料，声速仅１７００ｍ／ｓ。所以稀土超磁致伸缩材料成为一种新型换能材料，被迅速投入到水…     

稀土纵向式换能器

讨论了稀土纵向式换能器的设计方法和关键技术，给出了利用国产棒型稀土材料制作的换能器件品的实验结果。实验结果表明：换能器在高度不超过１５０ｍｍ情况下，机械谐振频率低于２５ｋｈｚ，声源级超过１８０．０ｄＢ。     

稀土超声换能器特性研究

换能器是功率超声最基本最重要的器件，寻找、开发新材料是发展新型换能器的重要途径。稀土超磁致伸缩材料Tcrfcnol-D具有优良性能，本文采用四端网络法和有限元ANSYS软件对稀土超声换能器进行了理论设计与分析，并制作了一种单独稀土超声换能器振子和带变幅杆的稀土超声换能器，其性能与压电换能器相比显示出了独特的优越性。     

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％。     

纵向振子与圆盘组成的弯曲振动超声换能器的研究

用等效电路法研究了由纵向振动直棒与弯曲振动固盘组成的复合系统的共振频率及振动模式设计制作了几个具有弯曲振动圆盘的超声换能器,实测了它们的共振频率及振动位移分布。结果表明,实测值与设计值比较接近。本法计算简单,在此类换能器的实际设计中,具有一定的应用价值。     

一种大功率超声换能器的设计

基于超声换能器设计理论,提出一种大功率超声换能器的设计及工程计算方法。该换能器由纵向振动夹心式换能器、半波长圆锥形变幅杆和盘棒式工具头组成,根据设计参数及特点,实际制作换能器,通过测试该换能器频率f=20.24kHz,标称功率可达1500W,符合设计初衷。进而验证了这种计算方法的可行性。该换能器可用于污水处理、油田开采及生物柴油等领域的技术开发中,具有推广价值。     

一种圆柱形大功率超声换能器结构介绍

介绍一种直接辐射式的圆柱形换能器的结构。这种换能器的陶瓷管外面直接套上不锈钢管，通过不锈钢管直接向外辐射声能。它的结构简单，单位面积辐射功率较大，功率容量比较高，效率相对也较高，工作的稳定性好。     

超磁致伸缩稀土换能器测量系统

本文介绍了一种超磁致伸缩稀土换能器测量系统，并应用此系统对超磁致伸缩稀土换能器进行了测试，得到了满意的结果。     

一种超声手术刀推挽激励换能器的研究

设计了一种超声手术刀用的新型推挽激励换能器。它是在夹心式单晶堆压电超声换能器的经典构造基础上,把原先激励一组压电陶瓷晶片堆的方式,改为同时施加反相激励的前后两组晶堆。利用有限元方法,对该推挽激励换能器进行模态分析和频率响应分析。在相同大小的电压激励下,相对单晶堆换能器,推挽激励换能器可以获得更高的工作带宽和机电耦合系数,提高了换能器的电声转换效率。按照仿真结果加工推挽激励换能器,实现良好的动力学和电学特性,满足设计要求。     

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。     

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。     

PIMNT单晶弯曲圆盘换能器设计

新型弛豫铁电单晶材料铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅晶体(Pb(In_1/2Nb_1/2) O₃-Pb(Mg_1/3Nb_2/3) O₃-PbTiO₃, PIMNT)的压电系数是陶瓷材料的 6 倍以上,应变量高出压电陶瓷 10 倍以上,具有较高的机电耦合系数,压电性能优于传统 PZT 材料。文章将单晶材料应用于带空气腔的弯曲圆盘换能器中,利用 ANSYS 仿真软件优化换能器结构,确定换能器尺寸,设计制作 PIMNT 压电单晶换能器和PZT4压电陶瓷换能器,并进行了水池实验。换能器实测结果与仿真结果保持一致,单晶换能器的谐振频率为 2.85 kHz,最大发送电压响应为 136.3 dB。结果表明,相比于同尺寸的陶瓷换能器,将 PIMNT 压电单晶应用于弯曲圆盘换能器可降低谐振频率,提高发送电压响应,提升换能器的工作性能,为进一步改善单晶换能器综合性能提供参考。     

欧米伽换能器振动辐射特性计算分析

对一种新型的弯张换能器即欧米伽换能器的辐射特性进行了有限元分析,并与钹式换能器进行对比。通过有限元计算,对相同体积的欧米伽换能器与钹式换能器的电导纳、发射电压响应级以及接收灵敏度级进行了对比,结果表明:欧米伽换能器的低频性能和第一谐振频率处的接收灵敏度要好于钹式换能器,而发射电压响应要低于钹式换能器,比钹式换能器更好地解决了小体积与低工作频率之间的矛盾,更宜实现基阵的小型化。舰船的机械噪声主要集中在500Hz以下,体积较小的欧米伽换能器非常适合作为侦察舰船活动的被动声纳基元。     

一款低频Janus-Helmholtz顺性腔换能器

Janus-Helmholtz(JH)顺性腔换能器是在传统的JH换能器腔内加入顺性管堆,通过调节占空比实现谐振频率及带宽的控制。在顺性腔的设计中采用了压缩系数为3.2×10-8 Pa-1的顺性管,通过ATILA仿真软件对Janus-Helmholtz顺性腔换能器在不同占空比下的声发射性能进行预计且与测试结果进行对比,发现在占空比为12%时,可在300~700 Hz的频带内实现190 d B的声源级,且可实现600 Hz以下频段全向辐射。     

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。     

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。