IV型弯张换能器的数学建模

ＩＶ型弯张换能器的振动机理比较复杂,它包涵着驱动振子的振动、壳体的振动、 水介质振动及它们之间相互耦合而构成的复合振动。本文对其进行了较详细的理论分析,给 出了换能器壳体的振动位移分布和谐振频率。并根据干模态讨论了换能器在水中的声辐射特 性;再者,结合压电方程及换能器的振速、应力分布给出了换能器在水中的电机声等效电路。 理论分析结果与有限元法及实验测量进行了比较,符合较好。     

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。     

短轴方向密排Ⅳ型弯张换能器阵列互辐射现象研究

为了实现小尺寸空间内换能器阵性能的提升,对Ⅳ型弯张换能器短轴方向密排布阵的形式进行了有限元分析,发现由于受到互辐射的影响,发送响应曲线会出现两个谐振峰.针对该双峰耦合现象进行分析,提出优化设计方案,并通过实际检测验证了该现象.该现象为低频换能器宽带设计提供了一种较为理想的方法和思路.根据不同项目需求,可利用同样的换能器...     

Ⅱ型弯张换能器壳体的振动特性分析

弯张换能器是一种新型大功率换能器,具有低频、高效、结构紧凑、功率容量比大等优点。本文分析了Ⅱ型弯张换能器壳体的振动特性。讨论了壳体振动问题的数学建模及非伸长型振动条件下固有模态和准静态解,得出了对称式最低阶振型。     

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。     

基于多普勒激光测振仪的Ⅲ型弯张换能器振动模态分析

为了测量和验证Ⅲ型弯张换能器在工作状态时辐射面的振动情况,采用多普勒激光测振仪对Ⅲ型弯张换能器的振动模态进行了测量,并与有限元软件仿真结果进行了对比。测量得到换能器壳体的一阶振动模态的谐振频率为1729 Hz,换能器一阶振动模态的谐振频率为2 065 Hz,与有限元模态仿真结果吻合较好。研究结果表明,多普勒激光测振仪能较好地对换能器的振动模态进行测量,可用于换能器的辅助设计。     

弯张换能器的发展简史及展望

本文简要地回顾了弯张换能器的发展史,阐述了各型弯张换能器的结构特点,着重比较了实际中广泛应用的ＩＶ型和ＶⅡ型的不同之处,并从理论设计方法和驱动元件材料两方面,论述了现代弯张换能器的发展趋势。     

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。     

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。     

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。     

Ⅲ型弯张换能器的有限元设计及结果验证

本文利用有限元方法对Ⅲ型弯张换能器进行了建模分析。对换能器空气中的工作状态及参数进行了预报，并且将激光干涉技术引入到换能器的实际振动模态和谐振频率的测量中，对有限元设计的结果进行了较为全面的验证。     

一种采用PVDF压电薄膜的弯张换能器

本文提出了一种采用PVDF压电薄膜代替弯张换能器的金属外壳的新型弯张换能器,即一种采用PVDF压电薄膜的弯张换能器。用阻抗分析仪、激光扫描测振仪和水声测量系统分别测量了采用PVDF压电薄膜的弯张换能器的谐振频率、带宽、发送电压响应、水平指向性。通过对比分析实验结果,可以看出该新型换能器与传统换能器一样可以将压电晶堆纵的振动转化为壳体的径向振动。     

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。     

纵—弯复合模式超声换能器的研究

研究了一种新型的纵-弯复合振动模式超声换能器,该换能器由均匀截面细棒及两组不同结构的压电陶瓷元件组成.导出了此类换能器的频率设计方程.实验表明,纵向共振频率与弯曲振动共振频率基本一致,且实测值与设计值比较符合.     

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。     

换能器校准多路径信号建模技术的计算机模拟

简要介绍了多路信号建模技术的基本原理和参数估计方法。参数估计采用最小平方误差算法。计算机模拟结果说明多路径信号建模技术在多路径信号参数估计上的优异性能。     

用于声化学的复合换能器的研究

设计了一种夹心式纵弯复合振动模式超声换能器,该换能器由纵向夹心式压电超声换能器与弯曲正六边形薄板组成。采用有限元方法,对一定几何尺寸边界自由的正六边形薄板进行模态分析,得到中心位移最大的某一模态,设计以该模态的频率作为共振频率的纵弯复合模式换能器。当复合振动系统振动模式的共振频率与纵向换能器的共振频率以及正六边形薄板弯曲振动的共振频率一致时,复合振动系统具有较高的有效机电耦和系数,系统声辐射能力较强;频率的理论与测量值的误差可能是设计纵向换能器时未考虑预应力螺栓、前后盖板的形状以及横向振动的影响,材料参数的取值与实际值有误差。弯曲振动的正六边形薄板的几何尺寸大,将会增大复合振动系统声波的辐射面积,因此可以改善局部空化腐蚀问题,并且可以提高槽内声场的均匀性,从而可以提高声化学产率;实验结果表明,换能器的共振频率测试值与设计值基本吻合。     

Tonpilz型水声换能器的优化设计

本文研究纵振式水声换能器的参数优化问题.通过对纵振式Tonpilz型压电换能器的几何参数的合理调整,使换能器获得较小的机械品质因素Qm,从而展宽其频带宽度.研究表明,在没有采用其它频带展宽方法的前提下,通过优化几何参数,可以降低Qm值.