钹型换能器的优化设计

该文研究的钹型换能器,是由一个压电陶瓷圆环和一个金属浅球壳组成。该文主要分析这种钹型换能器的解析解和它在不同介质中的机电性能。首先,根据前人得出的压电陶瓷圆环和金属浅球壳的理论模型,用等效电路法从理论上计算出了该换能器的共振频率并与仿真结果做了对比,发现二者近似吻合,验证了理论计算的可靠性。然后,利用COMSOL Multiphysics分别模拟了压电陶瓷为圆盘和圆环的钹型换能器的共振频率。仿真结果表明:同等条件下,当圆环的外径和圆盘的半径相等时,压电陶瓷为圆环的钹型换能器共振频率更低,使其具有频率低、体积小的特点更加明显。利用数值方法,分析了钹型换能器的几何尺寸对其共振频率、反共振频率及有效机电耦合系数的影响。最后,模拟了钹型换能器在水中的机电特性及声压分布。该文的研究对优化钹型换能器的结构具有一定的指导意义。