压电陶瓷发射换能器的Butterworth匹配定理

提出并证明了压电陶瓷发射换能器的Butterworth匹配定理。定理的显公式形式使复杂的宽带匹配问题变成为简单的算术问题．举例说明经过匹配之后,换能器带宽明显提高,而功率增益却接近于1。

磁致伸缩-压电联合激励凹简型发射换能器

设计制作了一种新型磁致伸缩-压电联合激励凹简型发射换能器,采用稀土超磁致伸缩材料Terfenol-D与PZT压电陶瓷作为联合激励元件,模拟计算与实测结果均表明,与采用单一振子激励的凹筒型发射换能器相比,此种新型换能器在保持尺寸小、频率低等优点的同时,显著拓宽了工作频带并提高了辐射声功率。换能器外型尺寸为φ88 mm×316 mm,水中谐振频率1．30 kHz,-3 dB带通Q值1．43,谐振频率下发射电压响应级135．1 dB。

压电陶瓷发射换能器的瞬态抑制

提出了一种针对压电陶瓷发射换能器的瞬态响应的抑制方法。该方法通过对发射信号的控制,即发射的信号是在原有的信号上叠加若干消影脉冲,抑制换能器的输出瞬态响应的影响,从而实现窄带换能器发宽带信号的目的。分别用正弦脉冲和调相脉冲进行了实验,实验取得了和理论较为一致的结果,均很好地抑制了瞬态响应对发射波形的影响。

低频宽带大功率“星型”柱面发射换能器

提出一种具有水平无指向性、低频、宽带、大功率特点的新结构换能器——"星型"柱面发射换能器,换能器由共享后质量块的6个复合棒换能器按"星型"方式组成柱面结构。采用有限元方法对换能器进行了分析设计并制作了换能器样机。在1—10 kHz内,换能器有3个主要工作模态,前两阶工作模态对换能器工作带宽的展宽有贡献,第三阶模态显示出较强的指向性,水池测试换能器具有1倍频程的工作带宽,最大声源级为199.1 dB。有限元模拟结果和实验结果符合较好。研究结果表明,新结构换能器在满足水平无指向性的前提下,利用复合棒的纵振及辐射面的弯曲振动实现了低频、宽带、大功率的要求,提供了一种设计该特性换能器的新思路。

低频大功率发射换能器的要求及限制

由于潜艇在声安静技术方面取得的进展，需要用主动声呐作为辅助手段来探测潜艇，从而大大促进了低频大功率发射换能器的研究。本文论述了对低频大功率发射换能器的要求和限制。

偏心式圆筒悬臂梁发射换能器研究

为了得到宽带发射换能器,提出了一种偏心式圆筒悬臂梁换能器的结构形式,重点介绍了此类换能器的基本设计思想,即围绕低频和宽带两方面入手,将弯曲振动模态频率低的特点和多模态振动耦合拓宽频带的方法结合起来,应用于同一种换能器的结构设计中.利用有限元软件对换能器进行了辅助设计分析,并计算了悬臂梁和换能器的振动模态、工作频率、阻抗和发射特性等性能参数.换能器样机的测量结果是换能器的工作频带(-6 dB)为4～16 kHz,发射电压响应起伏在-5 dB以内,工作频带覆盖了2个倍频程.换能器样机的实测结果验证了设计思想的正确性和可实现性.

反铁电相变陶瓷低频发射换能器

在具有高阶形式的广义压电方程基础上,讨论掺镧改性锆锡钛酸铅PbLa(Zr,Sn,Ti)O_3(PLZST)反铁电相变陶瓷的非线性机电耦合问题,得到类似传统线性压电方程的近似线性电致伸缩方程,给出了一种解决非线性反铁电相变陶瓷换能器电声转换问题的分析方法,即在直流偏置状态下对PLZST反铁电相变陶瓷的材料参数进行近似线性等效化处理进而分析换能器的电声转换问题。在此基础上,研制了水中谐振频率1.1 kHz新型反铁电相变陶瓷低频弯张换能器。湖上试验结果表明,与同结构同尺寸压电陶瓷弯张换能器相比,目前反铁电换能器样品的发射电压响应约高3 dB,声源级高出9 dB,并验证了本文所提出的分析非线性反铁电相变陶瓷换能器方法的正确性。

发射换能器指向性现场测试仪的设计与实现

低频发射换能器的指向性测试一般依靠外场试验进行。为了提高测试效率和测试精度,缩短测试时间,对发射换能器指向性测试方法进行了研究。以多路功放及指向性仪为基础,以通用计算机为平台,添加了同步信号输出卡和多功能信号采集卡,研制了一套发射换能器指向性现场测试设备,开发了多通道同步脉冲信号发生器和自动测试软件。经现场实验证明,该测试设备结构简单、成本低、可维护性好,能够减少测试工作强度和时间。与人工测量结果的对比表明,设备的测量结果更准确、指向性图细节更明显。

一种随钻四极子复合发射换能器的设计

设计了一种基于金属基片结构的随钻四极子复合发射换能器。采用有限元法数值模拟了换能器的频域及时域声学响应,考察了钻铤结构及声源激励脉冲宽度对其声学特性的影响,实际封装制作了发射换能器并进行了消声水池实验测试。测试结果表明,该发射换能器的谐振频率、发射电压级及水平指向性与数值模拟结果吻合较好。该换能器在频率4.7 kHz附近存在一阶弯曲振动模态,其发射电压级可达126.2 dB,具备低频、大功率的辐射特点,可满足随钻四极子声波测井需求。

水声发射换能器共形阵振速权值计算方法

用边界元理论结合优化方法计算了水声发射换能器共形阵在期望辐射方向性下的振速加权向量,提出了振速的2种加权方式,并给出了计算实例。计算结果表明这两种加权方式都可以校正不考虑障板影响和阵元间相互作用时用平面波模型进行常规波束形成加权的指向性偏差,并且最小二范数加权可在确保声轴上某点声压一定的条件下使振速加权向量的二范数最小。

超声耦合无线电能传输用发射换能器优化设计

针对超声耦合无线电能传输系统研究的需要,对水下超声耦合无线电能传输系统发射换能器进行选型,确定换能器类型及工作频率。基于夹心式纵振压电换能器一维设计理论对发射换能器进行优化设计,在深入分析圆锥形前盖板延展系数对换能器振速比和等效机电耦合系数影响的基础上,选取的延展系数能同时兼顾换能器振速比和等效机电耦合系数均为较优值,并据此进一步确定换能器全部结构尺寸。实际测试结果表明,试制的发射换能器实际谐振频率为38.552 kHz,等效机电耦合系数为0.149,满足实际需要。

发射换能器带障板特性分析

对发射换能器带障板的声场特性进行了分析,对两种类型的发射换能器带障板的增益进行了计算,并实际加以测试。障板增益在换能器工作频段内存在一个凹点(即较大负增益),随着安装距离的增大,凹点对应的频率逐渐下移,换能器在凹点频率的指向性得到展宽。适当的应用反声障板,可以起到改善发射换能器的指向性,调节发送电压响应等作用。

随钻方位声波发射换能器性能数值模拟分析

发射换能器作为随钻方位声波测井仪的核心组件,其工作性能直接影响井周方位信息的探测精度。研究了一种适用于随钻方位测井的瓦片状声波发射换能器,利用有限元数值方法模拟了该换能器的响应特性,考察钻铤和换能器尺寸对方位声源谐振频率及水平指向性的影响。结果表明,瓦片状声波发射换能器的谐振频率随着换能器高度或开角增加而降低;钻铤以及换能器开角是影响随钻方位指向性的重要因素,存在钻铤以及减小换能器开角均使得井周方位分辨率明显提高。为随钻方位声波发射换能器设计提供了理论依据。

随钻声波测井多极子发射换能器指向性分析

0引言随钻声波测井近来发展很快,已成为深海钻探的必备技术之一[1]。发射换能器是随钻声波测井仪器的核心部件之一,也是制约随钻声波测井仪器研发的重要瓶颈之一。发射换能器的性能对于获得高信噪比的地层信号具有重要作用,直接决定着能否准确获得地层信息。

低频大宽带超结构水声发射换能器研制

基于声学超结构中的等效零质量特性,设计出一种超结构水声发射换能器的核心部件——辐射盖板,揭示了局域共振声辐射机理和多单元协同耦合声辐射机理。通过等效零质量设计使结构发生局域共振,获得大的表面振速,从而实现较高的辐射声压级。同时,利用多个单元之间的协同耦合,使结构在不同位置处实现局域共振,实现工作频带的大幅度拓展。基于此机理,设计了一种新型小尺寸低频大宽带超结构水声发射换能器,采用有限元方法对结构参数进行优化,依据优化结果制作出试验样机,直径为400 mm,高度为240 mm,总质量为46 kg。测试结果显示,换能器在40~1 050 Hz内具有比较良好的发射响应,平均发射电流响应约为146 dB,与理论仿真计算结果基本吻合。该研究内容为水声换能器结构的发展和改进提供了一种新思路,具有一定的应用前景。

一种水下电动式发射换能器的设计

引言 将鱼喜爱的声音(如吃食的声音)播放到海水或淡水中,使分散的鱼能够集群,或将能够使鱼感觉到害怕的声音播放到海水或淡水中,能起到有目的的驱赶鱼群的效果,这种用声音诱捕鱼类的方法是有些国家学者目前仍在研究的课题之一。水下电动式发射换能器是声诱设备的关键部分,利用它将声音播放到水中去。设计中采用电动式发射换能器是因为它较其他类型的换能器如钛酸钡、压电陶瓷等易实现低频、宽带发射的优点,是声诱设备在音频范围内向水中播放各种声音的比较理想的装置。利用它对我国海淡水捕鱼又提供了一条用声音诱捕鱼类的新的途径。尤其我国内陆水域广阔,湖泊、水库众多,这种方法在我国湖泊水库的淡水养殖业中使用,可提高渔获量,达到增产的目的。本文是作者设计工作的部分总结。

凹筒型弯张式低频发射换能器

本文介绍了一种低频发射换能器,它结构上与Ⅰ型弯曲伸张换能器有相似之处,但呈凹筒形状,具有频率低、功率大、尺寸小、重量轻等诸多优点,且其独特的外型结构适合于组排基阵,有较好的应用前景。我们研制了大小两个该型换能器,其外型尺寸分别为φ186mm×330mm和φ130mm×250mm;谐振频率分别为855Hz和1050Hz;声源级分别为195.7dB和191.0dB。

声波测井圆管型发射换能器性能的改进方法研究

针对声波测井仪器中存在高频干扰问题,利用有限元法对测井圆管型发射换能器进行仿真研究,分析了换能器的振动模态,研究了约束力和压电元件高度对换能器谐振性能的影响,并通过实验验证了仿真结果。仿真结果表明,高频干扰来源于压电元件高度方向的伸缩振动,轴向约束力越大,换能器高频谐振能量越低;压电元件高度越低,换能器高频谐振频率越高。