铁镓Janus-Helmholtz换能器非线性驱动

利用磁路法理论分析了磁阻对铁镓驱动磁场的影响,结果表明磁路中无永磁体时铁镓驱动磁场是有永磁体时的5倍以上,结合铁镓材料近似线性区小的特点,提出了一种无偏场非线性驱动方式。首先利用帕德逼近方法近似铁镓材料的磁化过程,得到磁场强度与磁致伸缩应变的关系,进而得到驱动电信号表达式,在此基础上提出了铁镓换能器的非线性驱动模型。设计研制了无偏场铁镓Janus-Helmholtz换能器样机,通过振动特性实验分析验证非线性驱动模型的可行性,最后在水中测试了换能器的发射性能。测试结果表明,采用无偏场非线性驱动的换能器在驱动电流为9.4 A时,声源级可达到198.2 dB,相对于永磁偏置磁场的换能器,声源级高了4 dB,发射性能得到了明显的提升。

800Hz Terfenol-D鱼唇式弯张换能器

本文研制了８００Ｈｚ Ｔｅｒｆｅｎｏｌ－Ｄ鱼唇式弯张换能器，换能器设计中采用永磁偏磁场和能有效抑制涡流损耗的闭合磁路结构，最高声源级１８５ｄＢ，－３ｄＢ带宽１８０Ｈｚ。这种鱼唇式弯张换能器克服了连续直流提供偏磁场时发热强的缺点，并且仅需要普通的功率放大器，更适于长时间连续工作，使这一新型低频大功率水声换能器趋于实用化。

Terfenol-D超磁致伸缩换能器的有限元模拟

本文研究了利用ANSYS软件分析磁致伸缩换能器，使这一有限元分析软件能够用于TerfenolD换能器的分析设计。设计了14kHzTerfenol－D纵向技能器，计算结果与实验结果符合很好。

宽带宽波束纵向水声换能器研究

本文通过设计纵向水声换能器辐射头的形状及利用其弯曲振动模,实现宽带宽波束辐射特性,采用后质量块的嵌套结构有效缩小了换能器的长度。利用ANSYS有限元软件模拟了小型宽带宽波束纵向水声换能器的电声特性。研制了换能器样品,实现了与有限元模拟计算结果相一致的电声参数:谐振频率14kHz,最大发射电压响应141．9dB,-3dB带宽为11．3～18．7kHz,-3dB带通Q值为1．9,在14kHz频率下波束宽度为132°,比通常纵向换能器波束宽度宽23％。

圆盘型弯张换能器研究

弯张换能器和弯曲圆盘换能器利用金属结构体的弯曲振动产生声辐射,是低频水声发射器广泛采用的结构形式.提出将两者联合的设计思想并设计研制了一种圆盘型弯张换能器,换能器结构中采用径向极化的压电陶瓷(PZT4)圆环驱动弯曲圆盘振动,圆盘的中间部分设计一个圆拱型内凹结构,其工作方式类似于V型弯张换能器的单侧振动壳,圆盘外面的环形部分采用20 mm的均匀厚度,并且加工径向槽分割成16个均匀的扇形结构.研制了换能器样品,通过ANSYS分析和水池测试得到换能器的电声性能:换能器谐振频率为1 800 Hz,最大发射电压响应为110 dB,最大声源级为170 dB,电声效率为76%.换能器样品直径210 mm,厚度46 mm,重量仅3.8 kg.结果表明:这种换能器具有低频小尺寸高效率的特点,在小型低频声纳发射系统和主动噪声控制系统方面将有良好的应用前景.

超声空化的电化学检测及混响场空化效应的研究

本文提出并设计了超声空化的电化学检测法,实现了通过分析样品的电学量变化来检测声空化.通过对混响场空化效应的研究,定性分析解释了混响场中空化饱和现象.

ANSYS软件在模拟分析声学换能器中的应用

ANSYS是通常用于分析和设计声学换能器的有限元软件之一,通过实例给出分析声学换能器的处理过程,包括建模、施加载荷、设置求解选项、使用后处理器、以及获得换能器振动辐射参数的一般过程,并涉及宽带换能器、矢量换能器的发射与接收问题,对ANSYS有限元软件模拟换能器的一些经常遇到的问题细节的处理方法做了较全面的概括。还简要讨论了流体中结构模态分析的一般处理方法,对结果数据进行数学运算操作并获得换能器的特性参数等等。

Ⅳ型弯张换能器振动辐射特性分析

本文利用等效电路支路阻抗分析方法，研究了Ⅳ型弯张换能器振动辐射特性与换能器结构之间的关系，得出一系列对换能器设计有用的结论．

弯张换能器的等效电路支路阻抗分析方法

本文提出了适用于弯张换能器的等效电路支路阻抗分析方法，归纳总结了一些描述Ⅳ型弯张换能器振动辐射的特性参量，通过支路阻抗分析方法计算这些特性参量可以进行换能器局部结构的优化设计．

水声换能器研究新进展

文章综述了几种典型结构水声换能器近些年的新发展,包括:弯张换能器、圆柱面辐射型换能器、纵向换能器等等,主要介绍这些结构类型水声换能器的设计新思想和多方面优化改进的新成果。

无障板圆形活塞换能器的辐射阻抗

辐射阻抗是换能器的最重要辐射声场特性参数之一,影响着换能器的谐振频率、频带宽度、效率以及辐射声功率等。经典声学理论用一阶贝塞尔函数和斯特鲁夫函数给出了圆形活塞换能器辐射阻抗的数学表达式,但仅适用于无限大障板条件。该文用ANSYS有限元软件计算了无障板圆形活塞换能器的辐射阻抗,给出了数值解结果,通过与无限大障板条件下的理论结果相比较,显示了二者之间的偏离情况,尤其是在低频时差异显著。为了借助MATLAB工具模拟无障板圆形活塞换能器的辐射阻抗,并给出较准确的数学表达,选择了一系列初等函数以及它们的复合函数进行曲线拟合,最终给出了辐射阻和辐射抗关于ka的函数表达式,在ka值从0.08到20范围内与有限元计算结果很好吻合。

指向性弯张换能器

针对指向性弯张换能器双振源驱动的幅度相位调控的复杂性问题,本文提出一种指向性弯张换能器结构,采用径向振动PZT圆环驱动一凸一凹弯曲振动球冠帽复合结构实现指向性发射。通过一对凸凹振动臂的不等幅振动激发单极子与偶极子的工作模态,叠加形成指向性。换能器拥有较小的几何尺寸:∅100 mm×37 mm。利用有限元方法进行换能器结构设计和振动辐射特性分析,在3675 Hz频率处最大发射电压响应为119.8 dB、最大声源级可达180 dB。在3400 Hz频率处辐射指向性前后最大声压比为-27.4 dB,形成“心形”指向性波束。在3200~4000 Hz频带内发射电压响应起伏约为4 dB、频带内辐射指向性前后声压比超过-5 dB。

散射条件下声源分离及参数获取的平行障板方法

声呐系统或水声设备湿端不可避免存在某些散射体,克服散射体干扰对声源本身辐射特性进行测量目前还缺乏简捷有效的方法。依据刚性圆盘散射规律,通过有限元建模分析了与观察方向平行布设的刚性圆盘对声源辐射特性的影响规律,结果表明:在满足远场条件时,在较小的允许误差范围内观察轴线上声压幅值分布与引入平行障板无关。并在此基础上尝试提出一种简捷有效的平行障板方法,实现散射条件下声源分离与参数获取。通过有限元仿真分析,在1kHz^20kHz频率范围内,半径0.4m、厚8mm的钢板对脉动圆管声源级分离测量引入误差在±0.6dB以内。

用偶极子换能器驻波场校准系统校准声压水听器

我们研究了采用偶极子接收换能器的驻波场校准系统，通过调整该系统小水箱中的驻波形式，实现局部空间内的均匀声场，从而可以用来进行声压水听器的比较法校准，并与振动液柱法校准结果相比较，从２０Ｈｚ～２０００Ｈｚ范围内两种方法测得的接收灵敏度偏差小于１ｄＢ。

声化学主动力──声空化及其检测技术

本文简要介绍８０年代中期兴起的一个新的化学分枝─—声化学，从能量与物质相互作用的观点对声化学与其他化学分枝做了比较。井指出声化学的广阔应用前景。进而对声空化进行了讨论，强调声空化是声化学反应主动力的观点。最后详细介绍了声空化检测原理与方法的最新研究进展。

纵向换能器的频率方程

目前应用的纵向换能器频率方程是通过1个未知节点分成2个部分分别描述的,该方程必须借助数学迭代方法计算整体换能器的谐振频率。针对其应用的不便性和对不同截面形状的适应性问题,本文基于一维振动理论和能量法,给出纵向换能器的简化机电等效模型,考虑部件截面参数,通过动能和位能等效关系得出等效元件参数表达式,根据谐振条件经过严格数学推导,给出关于整体换能器频率方程的参数化数学表达式。可应用于部件不等截面以及多种截面形状尺寸的纵向换能器谐振频率和振动节点计算,具有更广泛的适用性,计算结果与有限元方法符合很好。

大尺寸圆柱形超声塑焊开槽焊头的设计

提出一种大尺寸圆柱形超声塑焊开槽焊头的设计方法,并用有限元软件对其正确性进行验证。该方法通过将圆柱形开槽焊头和大尺寸圆柱形半波振子作比较,利用等效机械阻抗的概念求出焊头的频率方程,其间利用表观弹性法计及横向振动对焊头的影响。此外利用该方程研究开槽数、槽宽度以及槽长度等因素对焊头振动特性的影响。按此方法设计几组大尺寸圆柱形开槽焊头,并用有限元软件对其进行模态分析,结果表明焊头谐振频率的仿真值和理论值符合地很好。

铁镓驱动弯曲圆盘换能器设计及振动特性研究

为了研究新型磁致伸缩材料——铁镓合金(Galfenol)在换能器中应用,本文设计了一种低频弯曲圆盘换能器。借助有限元软件仿真分析换能器振动模态,对换能器结构参数进行优化设计,并研制了换能器样品。利用激光测振仪测量了换能器空气中模态及不同电流驱动下振动位移,测得振动模态与仿真结果吻合,换能器空气中共振频率为913 Hz,辐射头能够产生的最大振动位移达到93μm,磁致伸缩材料达到饱和应变。结果表明:铁镓材料能够驱动弯曲圆盘换能器大振幅振动;铁镓作为磁致伸缩换能器驱动材料具有较好的应用前景。

具有开槽结构的大尺寸立方形超声塑料焊接焊头的设计

提出一种具有开槽结构的大尺寸立方形超声塑料焊接焊头的设计方法,并对其进行了实验验证.首先通过合理开槽将大尺寸立方形焊头划分为若干单元,然后将各焊头单元和立方形半波振子比较,利用等效机械阻抗的概念得出焊头单元的频率方程,其间考虑了耦合振动的影响.最后利用该方程研究了开槽数、槽宽度以及槽长度等因素对焊头振动特性的影响.按此方法设计加工了几组具有开槽结构的大尺寸立方形焊头,结果表明焊头谐振频率的实测值和理论值吻合得很好.

换能器布阵数量对超声清洗声场特性的影响

利用有限元法对粘贴有不同数量换能器的清洗槽的声场进行数值计算,并将声场中各点声压做统计处理来比较不同声场的强弱和均匀性。用电化学法测量了不同清洗槽的声场,实验结果和数值计算结果基本吻合。结果表明,在槽体尺寸一定时,声场强度并不随换能器个数的增加而线性增加;在换能器达到一定数量后,声场均匀性也不随换能器的增加而明显改善,此时存在一个最佳的换能器布阵数量。该文所得结果对换能器的布阵优化有一定的指导意义。