关于换能器发送响应单位的商榷

目前,我国实施的两个国家标准对换能器发送响应所用的单位是不一样的,摘录如下:5.57发送电压响应 发声器在某频率下的发送电压响应,是在指定方向上,离其声中心1m处的表观声压与加到输入电端的信号电压的比值。单位为帕每伏,Pa/V。 注:①在距离1m处的表观声压由下列方法算出:用声场已是球面发散的远场中某点所观测到的声压乘以该点到声中心的距离(m)。

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。

电容式微机械超声换能器的水下收发性能

为满足水下超声探测的应用需求,设计了一种采用硅基集成电路制造工艺制备的电容式微机械超声换能器(CMUT)。首先介绍了CMUT的工作原理及其结构参数,然后完成了CMUT的水密封装,最后对封装后CMUT的电容-电压(C-V)特性、发送电压响应级、接收灵敏度与回波信号进行测试。测试结果表明,封装后的CMUT具有良好的C-V特性,电容变化量最大可达313.7 pF,其发送电压响应级最大值为163.83 dB@2 MHz,接收灵敏度最大值为-228.27 dB@1 MHz,因此其在水下环境具备良好的发射超声波与接收超声波的能力。该研究结果为高密度CMUT阵列的设计和封装及水下超声探测提供了理论和应用依据。

一种多模宽带水声换能器设计

随着水声信号处理技术的快速方展,需要从水声换能器获取更多的信息量,因而对水声换能器提出更高的带宽要求。本文设计了一种宽带纵振换能器,该换能器利用前盖板的弯曲振动与换能器的纵向振动耦合展宽频带。采用有限元方法模拟了换能器的电声特性,并制作了换能器样品。样品测试结果表明,换能器的带宽特性与模拟结果一致:发送电压响应级最大值139dB,-3dB带宽超过一个倍频程,且低频端小于15kHz。因此,该换能器具有低频、宽带、响应级高的优点。

套叠圆管换能器的制作与特性分析

提出一种新型的施加预应力套叠圆管换能器。通过同轴紧密套叠粘接两压电陶瓷圆管,并在圆管外表面施加预应力构成换能器振子,以实现两管的径向振动叠加,达到提高圆管换能器的发送响应的目的。实验共制作了5只换能器,对其性能进行了测试。测试结果表明:套叠圆管换能器的发送响应较单管的提高了近7 d B左右,但对换能器的接收灵敏度无改善作用;套叠圆管施加预应力后,对发送响应和灵敏度均无改善作用。

水声换能器发射性能的有限元分析

研究了Tonpilz水声换能器各结构参数对其发射性能的影响。利用流体-结构耦合分析对换能器水中声辐射进行了二维压电耦合场计算。研究了锥形盖板和方形盖板对换能器发射性能的影响,找出了各结构参数对换能器发射性能的影响规律并绘制了不同尺寸下发射电压响应的变化曲线,结果表明,获得优化的结构尺寸使换能器的发送电压响应有了显著提高。

一种利用前盖板弯曲扩展带宽的纵向换能器仿真计算

在水声设备中常用水声换能器获取海洋信息,从而完成对水下目标的探测和识别工作.水声换能器已向低频、宽带、大功率、高效率、高灵敏度和小尺寸方向发展.本文对前盖板弯曲拓宽频率的纵向换能器进行了仿真计算,并对实物进行了测量,测量的结果表明,有限元仿真能有效计算压电换能器的性能.

超声换能器的自易校准法及其在功率测量中的应用和它与辐射力法的关系(英文)

论述了电声互易原理和用于平面活塞型与球面聚焦换能器校准的自易法（Self Reciprocity Method, SRM）。介绍了一系列的定义和发送电压（电流）响应与电压灵敏度。阐述了SRM与辐射力天平（Radiation Force Balance, RFB）法之间的关系。在1～25 MHz 频率范围内，对超声换能器校准和输出功率测量的实验显示，两种方法具有相近的准确度。SRM法比RFB法测量具有更高的信噪比和更好的稳定性。

双激励宽带换能器的有限元设计

有限元法在工业产品的开发、设计过程中都极大地提高了效率和质量,换能器的设计优化也不例外。本文利用有限元ANSYS软件对双激励宽带换能器在水中的导纳、电压发送响应等进行数值仿真计算,并结合实物给出测量值,结果表明有限元在声场计算方面可以获得较理想的解。

电容式微机械超声换能器的发射性能研究

电容式微机械超声换能器相较于传统的压电式超声换能器具有宽频带、高密度阵元集成制造、微型化等优势,在医学成像、无损检测,水下成像等应用中具有广泛的应用前景。本文利用硅微加工技术制备了一种微型电容式超声换能器,并对换能器发射性能进行测试并对结果进行分析。测试结果表明:该换能器具备发射超声波的能力,其发射的超声波在硅油液体中的声压衰减符合指数型衰减规律;中心工作频率约为4 MHz, 3 dB相对带宽约为87.5%;在中心频率工作时,换能器输出的声压幅度与交流驱动电压信号呈良好的线性关系,线性度为2.06%。

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。

沙质沉积物声学参数测量的换能器驱动信号补偿方法

准确的沉积物声速和衰减数据对于沉积物声学模型的验证极其重要,但是由于实际声源工作带宽的限制以及发送电压响应不平坦,造成了发射声信号频谱形状改变,导致实验测量数据不准确。为此,本文采用实测的换能器发送电压响应对驱动信号进行补偿,以实现窄带换能器频响特性的均衡,减弱换能器对发射信号的影响。数值仿真验证了本文所提方法的有效性,并且实验结果表明,驱动信号经补偿后,窄带发射声信号中心频率的偏移得到有效抑制,宽带发射声信号的带宽与驱动信号的带宽更为逼近。同时,该方法拓宽了窄带测量数据的有效带宽,降低了宽带测量获取的声速和衰减数据的起伏,使得窄带和宽带数据更加一致,提升了实验结果的准确性。

一种用于远距离高分辨率鱼探仪的声基元

鱼探仪换能器基阵的声基元多采用纵振子换能器,但传统纵振子换能器多为窄带单频工作,无法满足基阵宽带的工作要求。文章利用电路匹配实现纵振子换能器宽带工作,既能提高声基元发送电压响应,又能在批量生产时保障声基元阻抗的一致性。对几种实现换能器宽带的不同方式进行对比分析,制作样机并在消声水池进行测试,得到在20~30 kHz范围内起伏5.5d B,最大发送电压响应为159dB,实验结果和仿真结果基本吻合。

一种高灵敏压电平面水声换能器

设计并制作了一种高灵敏压电平面水声换能器。该换能器敏感元件是对1-3-2型压电复合材料结构的改进,即在带基底的压电陶瓷小柱阵列间不注入聚合物,并在其上表面直接覆盖金属板,构成“带基底的压电小柱阵列+金属盖板”结构敏感元件(称为“空气填充型”敏感元件)。对“空气填充型”敏感元件的谐振频率进行了理论计算和有限元仿真,与实测结果较吻合。为便于对比性能,同时制作了同尺寸“1-3-2型压电复合材料+金属盖板”结构敏感元件(称为“聚合物填充型”敏感元件)换能器。分别对“空气填充型”和“聚合物填充型”敏感元件换能器的有效机电耦合系数、发送电压响应和接收灵敏度进行有限元仿真和实测,结果均显示,“空气填充型”敏感元件换能器具有较高的接收灵敏度,相较于“聚合物填充型”敏感元件换能器可提高21 dB。该敏感元件换能器能有效提高灵敏度,可为研制高灵敏换能器提供参考。

换能器与固体微声器件

9914988关于换能器发送响应单位的商榷[刊]/唐宗瑜//声学与电子工程.—1999,(2).—47～48(D)9914989宽带噪声相关法校准低频发射换能器[刊]/吴祥兴//声学与电子工程.—1999,(2).—31～33(D)9914990超磁致伸缩换能器的研制[刊]/叶娅//自动化与仪器仪表.—1999,(3).—33～35(V)