双激励加匹配层宽带水声换能器研究

采用双激励加匹配层来拓宽换能器的工作频带。利用有限元方法分析了双激励加匹配层换能器在空气中的振动模态,研究了这些模态在水中随几何尺寸以及匹配层材料参数变化的规律,并设计和制作了一种新型三谐振宽带换能器。与双激励或单匹配层换能器相比,增加了近一个倍频程的有效工作带宽,且频带内的响应起伏较平坦。其工作带宽为15kHz～42.5kHz,频带内发送电压响应的起伏为±3dB。

具有连续纵向激励模态宽带水声换能器研究

分析了连续纵向激励模态拓宽频带的机理。采用单侧激励,可同时激励奇次模态和偶次模态,利用有限元方法研究了这些模态在水中随几何尺寸变化的规律,通过优化设计制作了接近两个倍频程的宽带换能器样品,其工作带宽为12kHz～44kHz,频带内的起伏为±4.3dB。为进一步减少带宽内响应起伏的大小,通过对模态节点间增加质量钢块以及对后盖板采用机械阻抗匹配腔的方式,制作了工作带宽为12kHz～34kHz,频带内的起伏为±3.7dB的宽带换能器样品。

纵振水声换能器发送电压响应频带展宽补偿

讨论了水声换能器发送电压响应频带展宽的补偿方法。通过对发送电压响应级表达式进行分析,按照带宽内恒定声源级的要求,反推换能器两端激励电压的比值,用该比值对换能器激励电压进行加权补偿,得到了约两个倍频程接近恒定声源级的宽带换能器。文中理论分析和实验结果吻合,是实现超宽带换能器带宽内恒定声源级的一种较有效的方法。

换能器辐射阻抗变化对匹配层参数的影响

匹配层换能器在实用中往往由于辐射阻抗的变化破坏了“最佳”匹配层参量的选取[1]。本文从反映阻抗概念给出了必要的匹配层厚度修正[2],并以实例计算证明了修正公式的实用意义。

宽带密排平面阵声场分布计算及实验验证

研究了有限元-无限元计算基阵声场分布基本理论,建立了平面九元阵有限元-无限元模型,根据边界条件计算了宽带平面九元阵3个谐振频率点处指向性和波束宽度,分析了指向性和波束宽度随频率的变化规律。利用三谐振换能器研制出一种宽带平面九元阵,在消声水池中对其指向性和波束宽度进行了实验测量。研究结果表明,采用阵元第一谐振频率半波长布阵时频带内互辐射对指向性影响较小,有限元-无限元计算声场分布精度较高,同边界元相比,不需考虑积分的奇异性和解的非唯一性问题。

密排平面阵辐射声场分析

研究了声场分布计算射线声学和波动声学的基本理论,用解析法和声有限元-边界元法计算了平面阵辐射声场的指向性和波束宽度,分析了指向性和波束宽度随频率变化的规律。在消声水池中对研制出的密排平面九元阵的指向性和波束宽度进行了实验测量。测量结果表明,采用阵元第一谐振频率半波长布阵时频带内互辐射对指向性影响较小,在声波频率较高时,两种算法的计算值和实测值基本吻合,并且比较了两种算法计算声场指向性的适应范围和优缺点。

耐高静压换能器耦合振动和电声性能的有限元研究

本文用有限元加球谐函数解析展开技术以及模态分解法,解决了压电换能器的结构振动和电声性能的数值预报问题。用该理论模型研究了耐高静压圆柱形换能器的耦合振动和电声性能,着重研究了圆柱形换能器的盖板和液腔对换能器振动模式和电声性能的影响,并总结出提高耐高静压换能器带宽和收发灵敏度及改善指向性等方面的措施。

匹配层换能器的理论探讨

本文对用双匹配层拉宽换能器频带作了理论计算分析,加水密层后重新调节第一匹配层的特性参数及厚度,仍可获得良好的宽带响应。

换能器与发射机的阻抗匹配

在声呐基阵中特别是拖曳阵中除考虑对换能器的“调谐”和“变阻”外，还需考虑 传输电缆及为改善输出波形而插入滤波网络对整个系统输入阻抗和相角的影响，本 文给出了理论计算和实测的比较并作了一些分析和评述。

超声换能器研究中的几个问题

本文从超声换能器设计和使用中提出的几个重要问题：如：超声换能器的最佳结构形状、压电元件的最佳位置、电声效率与声负载的关系。如何评价超声振子的优劣，以及在大功率下的测量问题等，参阅了多篇文献资料和实践中的点滴体会写出此文。

采用匹配层的超宽带换能器实验研究

本文在理论计算和分析的基础上对换能器的匹配层材料及工艺进行了大量的实验探索,单个振子的Q_M值作到1.5以下,与理论计算值接近。通过布阵研究,已制作成性能优越的宽带阵。

采用多模振动拓宽换能器频带的几种方法

本文对有效拓宽换能器频带的几种方法作了简要评述,介绍了研究现状,提出了需要进一步研究的问题。

双激励源振子的初步理论分析与实验研究

在超声清洗中,日本人采用了双激励的双频超声振子,美国也有人用双激励源振子实现中频声阵的双频工作和频率的拓宽.我们对以往的纵向振子计算机辅助设计数学模型作了修改.计算了双激励源纵向振子的谐频、电导纳响应及接收和发射响应，并做了初步试验。

非轴对称变幅杆的设计及阶梯形变幅杆圆滑过渡的研究

在功率超声应用中,最常用的工具头是非轴对称的斧头形变幅杆.本文通过面积等效法将这种非轴对称形状变为轴对称形状.再用通用的计算程序进行计算,用表观弹性法考虑横向振动耦合的影响.对一个实例具体作了计算,结果表明,使用面积等效法和表观弹性法处理非轴对称形状的变幅杆是可行的.本文对阶梯形变幅杆圆滑过渡的影响也作了计算和探讨.

圆柱大功率换能器的应用与发展

阐述了目前圆柱形大功率超声换能器在生物柴油、防垢除垢、大容积超声清洗、中药萃取、二次采油、污水降解处理以及在超声化学等方面的应用。针对换能器要求具有更大的功率及更高的效率,以及提高单位面积辐射功率及其可靠稳定性,简要介绍了近年来国外圆柱形大功率换能器在这些方面的发展概况。

计及应力螺栓的超声换能器和变幅杆及其组合的性能计算

本文提出一种可对计及应力螺栓的超声换能器和变幅杆任意组合进行计算的数学模型,组合件按其形状分割,变幅杆按其形状函数分为若干段,各段用统一的网络等效,对不同的网络连接方式进行简化,最后由简化的总等效四端网络二端电学或力学量的两两之商求得一系列性能参数。对以上方法可编制灵活的计算程序,因而能方便地计算组合件任意λ/4或λ/2振动节的谐振频率和电流或速度传递函数。通过一个实例作了验证性的计算,并与常规解析法作了比较,获得了基本一致的满意结果。

高功率超声振动系统探讨

"超声化学"的发展拓展了功率超声的应用,而对超声振动系统装置设计和加工的要求更高。通过分析,指出了高功率超声振动系统研制中的一些关键问题,特别对变幅杆的不同形式作了比较和计算分析,最后对大功率超声振动系统进行了一体化设计。

纵振换能器与PVDF压电薄膜复合换能器研究

本文研究纵振换能器与PVDF薄膜构成复合接收换能器,既保留了纵振换能器的优点,又可实现平坦宽带接收响应。

PMNT及其在水声换能器中的应用

本文阐述了弛豫铁电单晶PMN-PT、PZN-PT材料的性能特征及其在国内外水声领域应用的现状和发展趋势。并利用上海硅酸盐研究所提供的PMN-PT元件设计制作了单晶纵振换能器、厚度模换能器及加速度计。通过对PMNT换能器性能测试数据的分析,得到了一些较有意义的结论。

低频纵振换能器减小尺寸的一种措施

纵振换能器在低频(3kHz以下)使用的困难在于其尺寸或重量不能容忍。本文采用不同直径的电压陶瓷环嵌套技术,在不增大尺寸的情况下,将谐振频率降到1.7kHz。并对其理论数学模型进行了初步探讨。