多匹配层空气耦合压电超声换能器

该文针对超声无损检测与成像功能空气耦合换能器开展了分析计算和研制。为解决压电材料与空气间巨大的阻抗失配问题,进行了多匹配层设计,并基于有限元技术仿真设计了1-3压电复合材料参数。借助复数压电方程,导出考虑损耗的多匹配层压电复合材料换能器厚度振动等效电路,获得其等效导纳,以此计算电导谱,同时基于有限元技术数值计算相应电导谱,二者有较好的一致性。在此基础上分别设计制作复合压电材料,多匹配层材料以及由此构成的空气耦合超声换能器。换能器的实测电导谱与数值仿真结果一致。进一步的换能器回波信号测试及其谱分析结果表明,所研制的160 k Hz中心频率空气耦合换能器样品有较好灵敏度和带宽。这些结果说明,该文研制的空气耦合超声换能器的初样是成功的。

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声换能器,其工作频带分别为79~150 kHz,74~163 kHz和66~176 kHz,带内发送电压响应起伏为−6 dB。实验结果表明:匹配层层数越多,换能器的带宽越宽,该工作为实现宽频带换能器在实际工作中的应用提供了方向。

高频声呐换能器梯度匹配层声学特性研究

在声呐系统中,高效率、超宽带的声呐换能器可以提高其成像分辨率,在海底地貌的探测与识别方面需求迫切。传统换能器的带宽拓展常采用单层或多层均匀匹配层的方法来实现,但由于其未能很好地实现阻抗过渡而较难满足换能器在水中的超宽带性能要求。针对超宽带需求提出的一种声阻抗梯度匹配层材料很大程度上弥补了这一缺点,其特性声阻抗具有按z(x)=z_(1)e^(2αx)指数衰减变化的特点。根据解析计算与有限元仿真的结果,通过流体混合物填充3D精准打印的中空圆锥形结构材料的方式研制了该梯度材料并进行了声阻抗性能测试。在此基础上研制了一款梯度匹配层换能器,从试验结果可知梯度匹配层的相对带宽高出传统双匹配层14%,达到试验设计的结果。

非局域非线性介质中的矢量涡旋孤子对（英文）

系统研究了非局域非线性介质中的矢量涡旋孤子对的传输特性。矢量涡旋孤子对包含两个分量,一个分量是只有单峰的基态亮孤子,另一个分量是携带角动量的涡旋分量。根据变分法,得到任意非局域度范围,矢量涡旋孤子对的解析解,并推导出耦合系统中每个分量的传输方程。

厚度振动换能器降耦合结构优化与工程应用

厚度振动是高频换能器的常用振动模态。对压电圆片而言,横向方向的耦合总是存在的,不存在理想的厚度振动模态。若压电圆片的尺寸比例合适,横向耦合较弱,若尺寸比例不合适,横向耦合会很强。耦合会使振子表面振动位移反相,频响曲线出现多个难以区分的谐振峰,对换能器的发送电压响应、指向性等产生负面影响,对某军用型号工程中利用该振动模态工作的换能器的生产质量有较大影响。通过对压电振子的振动模态、耦合振动频率等理论和仿真计算,开展频率优化研究,降耦合对换能器的影响分析以及试验验证,仿真分析和试验结果表明:中心孔对圆片高频换能器模态振动具有明显的降耦合作用,可提高圆片换能器的发射能力,改善指向性特性,解决了该类换能器生产质量不高、成品率低等问题。

图像声纳换能器指向性优化研究

图像声纳又称为水下相机,广泛应用于水下目标探测、成像、警戒等工程应用领域,是一种重要的海军军事型号装备。换能器的指向性参数对图像声纳的观察范围和分辨率等指标起着决定性作用,改善图像声纳换能器的指向性对提升声纳图像质量有重要作用。利用椭圆长轴布阵的方法设计了一种低指向性起伏弧形阵,并利用声障板,通过边界参数的优化设计拓展单基元的指向性角度。仿真计算和实测数据显示弧形阵水平主波束范围内指向性起伏小于3 dB,接收阵各基元水平指向性角度均大于120°。结果表明,图像声纳换能器的指向性特性改善明显。

用于水下目标监测的低频同振式矢量水听器研制

基于三维压电加速度传感器,设计了一款适用于低频的同振式矢量水听器,分析计算了其在水中的声学性能,并对制作的矢量水听器样品进行了性能验证。制成的球型矢量水听器样品直径为78 mm,在驻波管中对该矢量水听器进行了灵敏度和指向性检测,检测结果与理论计算结果吻合。该矢量水听器在低频频段内具有较好的灵敏度和"8"字型指向性,适合用于浮标、潜标、UUV(无人水下航行器)等平台的水声监测模块。