弯曲圆盘三元密排阵幅相特性及其宽带应用

通过对三元弯曲圆盘换能器密排阵的阵元辐射面振动特性进行的分析,提出了利用辐射面驱动相位的调整来提高阵列带宽的方法。仿真分析指出:调整功能材料的驱动电压相位,可以提高二阶和三阶谐振时阵列中各辐射面的外法线方向振动位移幅值,调节各辐射面间的振动相位差,可以提高第二个和第三个谐振峰对应的发送电压响应值,降低前三阶谐振峰间响应曲线的起伏,从而达到提高阵列的可用工作带宽的目的。实验结果表明,调整驱动相位的方法可以实现密排阵列的低频宽带发射。

低频三阶超心形指向性声源设计

为提高圆周阵列主极大的指向性增益,提出基于圆周等间距六元密排阵的低频三阶超心形指向性声源,利用点源方法对其波束特性进行研究与分析,得到了指向性声源的优化方案。以具有弱互辐射效应的单边辐射弯张换能器作为圆周密排阵阵元,利用有限元方法分析了三阶超心形指向性声源的声辐射特性,相比单极子声源,其主极大方向指向性增益为8.0 dB,可达到提高增益的目的。研制了实验样机,经水池实验获得该声源的工作特性:谐振频率为0.92 kHz,对应发送电压响应级为139.0 dB,−3 dB波束宽度为56.0°,各旁瓣小于−15.0 dB。有限元计算与实测结果验证了优化方案的可行性,实现了低频三阶超心形指向性发射。

基于弯曲盘换能器的体积阵研究

以谐振频率低于1 kHz的双叠片结构形式弯曲盘换能器作为阵元,利用换能器阵元间的互辐射效应,进行密排体积阵成阵。根据阵型结构,在COMSOL软件中建立对应有限元模型对不同体积阵的声性能进行仿真分析。最后进行了样机制作和成阵声性能测试,实测数据与仿真结果基本吻合。结果表明,对比单个换能器,利用换能器阵元间的互辐射效应,能够有效降低体积阵谐振频率并拓展其工作带宽,同时也提高了成阵后的最大声源级。此外,在合理的阵元数量下,保持阵元间距不变,阵元数量越多体积阵的谐振频率越低,品质因数越小,发射电压响应越高。

声呐浮标换能器的技术设计

声呐浮标使用环境的特殊性,对换能器的要求是小尺寸、低频、大功率、高效率及高灵敏度。发射阵阵元多采用弯曲圆盘换能器,具有结构简单、易成阵的特点,也容易进行扩展和密排成阵;扩展阵在工作时扩展成一条直线线列阵,提高了阵增益;利用互辐射原理,进行密排阵,在不降低换能器耐静水压能力的条件下,降低了发射阵的谐振频率,保持与基元相当高的电声效率。