具有大指向性开角及高发射电压响应的发射换能器

应用复合变幅杆及夹心式换能器结构,研制了一种指向性开角较大且发射电压响应较高的发射换能器。应用有限元方法对换能器的工作频率,发射电压响应及指向性进行了理论计算。并与实验结果进行了比较,结果较吻合。本文研制的换能器工作频率为75.6kHz,发射电压响应级达到1 56dB(基准值1V/μPa),-3dB发射指向性开角100°     

一种平面宽带发射换能器的设计

本换能器是由多个纵向振动子组成的平面发射阵。振子共振频率有三种,由低至高依次为f_1,f_2,f_3,获得了一个倍频程的宽带发射。其工作频率为50kHz至100kHz,发射电压灵敏度为162.5±2.5dB。声源级SL>200dB(0dB=1μPa/v·m)。水平束宽为7°—14°,垂直束宽为20°—40°。 本文对发射电压灵敏度的频率响应和指向性图作了理论分析,结果与实验相符     

外液腔式Janus-Helmholtz水声换能器

为获得具有大功率无指向性发射特性的水声换能器,提出了一种外液腔式Janus-Helmholtz结构。通过设置隔声层改变换能器的声辐射模式,从而改善声辐射效率和无指向性方向的声辐射能力,并利用外液腔振动和Janus换能器纵向振动耦合实现宽带发射。基于有限元法设计了一只工作频段为1.1~3.5 kHz的外液腔式Janus-Helmholtz换能器试验样机。样机测试结果显示与设计结果符合得较好,与内液腔式相比,外液腔式Janus-Helmholtz水声换能器在0°方向的声辐射能力得到了显著改善。      

基于球壳内壁反射的球形换能器自易校准方法

基于球形换能器发射的脉冲球面声波及其在同心球壳内壁的反射,应用机电互易定理,导出了在球面波发射回波声场中,用于校准球形换能器的互易常数.以此为基础,提出一种使用封闭球壳反射器的自易校准方法,通过一次测量即可得到球形换能器的5个基本电声参数.进一步,将自易法校准所得的电压灵敏度换算成平面波声场中定义的标准灵敏度,给出了换...     

四边型弯张换能器特性研究及宽带设计

四边型弯张换能器通常工作带宽较窄,为了提高带宽性能,对四边型弯张换能器振动及辐射特性进行了研究,重点分析壳体结构参数对换能器发送电压响应的影响。根据分析结果提出了拓宽换能器工作带宽的方法,利用有限元软件进行了仿真计算并制作了四边型弯张换能器样机。测量得到在2.4~5 kHz的频率范围内,换能器的最大发送电压响应值达到140 dB,带内起伏4 dB,有限元仿真结果与实验结果吻合较好。研究结果表明设计的四边型弯张换能器不仅能够低频工作,并且可以在小尺寸下实现大功率发射,同时还具备宽带发射特性。      

一种拓宽匹配层换能器带宽的方法

本文介绍了一种拓宽匹配层换能器带宽的方法,通过单端激励以同时激发换能器的奇次和偶次谐波,以此来达到拓宽匹配层换能器带宽的目的。运用有限元软件ANSYS进行了建模分析计算,对其设计过程、测量结果作了分析介绍。样品换能器在10kHz～30kHz的频段内,发送电压响应起伏为±3.3dB。     

弛豫铁电单晶/压电陶瓷混合激励换能器EI北大核心CSCD

为了降低纵向换能器尺寸并提高发射带宽和发送电压响应,研究了一种弛豫铁电单晶/压电陶瓷混合激励换能器,换能器由[011]方向极化PIN-PMN-PT单晶和PZT-4压电陶瓷混合激励,利用多模态振动耦合的原理,通过单晶的32模式振动,可以灵活调整两种振子之间的驱动能力和刚度分配。首先通过四端网络法得到了换能器等效电路并计算了其谐振频率,然后利用有限元方法对换能器进行了仿真优化,最后制作了试验样机并进行了测试分析。换能器样机外径86 mm、长度80 mm,工作频带13~38 kHz,最大发送电压响应为144.9 dB,带内发送电压响应起伏小于6 dB,具有良好的宽带、小尺寸工作性能。     

多谐振宽带Janus-Ring换能器

提出了一种多谐振宽带Janus-Ring换能器,两个一定距离的压电圆环换能器(Ring换能器)嵌套在双面纵振Janus换能器的两端,Ring换能器的径向振动、Janus换能器的纵振动与它们中间形成的Helmholtz液腔振动相耦合,可大大拓展换能器的工作带宽。使用有限元方法设计并研制了Janus-Ring换能器样机,经测试在1.8~8.0 kHz范围内,样机最大发射电压响应144 dB,起伏小于6 dB。相比传统的Janus-Helmholtz换能器,Janus-Ring换能器有效拓展了工作频带,增大了发射电压响应,减小了频带内的发射电压响应起伏。      

用碰撞脉冲声源测定声发射换能器绝对灵敏度的方法

声发射换能器的校准一直是人们所关心的问题。由于工作状态的不同,采用互易法来测量声发射换能器的绝对灵敏度是不适宜的。因此,多数文献仅限于用比较法获得声发射换能器的频率响应和相对灵敏度。 本文从经典的脉冲力源作用下厚板中声场分布问题出发,结合碰撞理论,探讨在一定条件下,利用由碰撞产生的脉冲声源来获取声发射换能器绝对灵敏度的方法。实验所得结果是令人满意的。     

高温高压声接收换能器的研制和校准

我们研制了一种带毛细孔的能耐150℃和1420atm的高温高压声接收换能器(水听器),并在直径为70mm,高为290mm的圆筒形腔体内用就地互易法在上述高温高压条件下进行了校准.在频带为10Hz—10kHz的频率范围内,接收电压灵敏度为—195±1.5dB(0dB为1V/μPa),水平方向性的不均匀度小于±1.5dB.在常压到1420atm的压力范围内,接收电压灵敏度随压力的变化小于1dB;在150℃时的接收电压灵敏度,较常温下的接收电压灵敏度,只降低3dB.     

低频宽带大功率“星型”柱面发射换能器

提出一种具有水平无指向性、低频、宽带、大功率特点的新结构换能器——“星型”柱面发射换能器,换能器由共享后质量块的6个复合棒换能器按“星型”方式组成柱面结构。采用有限元方法对换能器进行了分析设计并制作了换能器样机。在1—10 kHz内,换能器有3个主要工作模态,前两阶工作模态对换能器工作带宽的展宽有贡献,第三阶模态显示出较强的指向性,水池测试换能器具有1倍频程的工作带宽,最大声源级为199.1 dB。有限元模拟结果和实验结果符合较好。研究结果表明,新结构换能器在满足水平无指向性的前提下,利用复合棒的纵振及辐射面的弯曲振动实现了低频、宽带、大功率的要求,提供了一种设计该特性换能器的新思路。      

随钻声波测井四极子发射换能器的设计*

提出一种基于金属基片结构的随钻四极子发射换能器,其一阶弯曲模式可用于随钻四极子声源。利用有限元法对该换能器进行了设计分析,结果表明在5kHz附近存在一阶弯曲振动模态,其径向位移分布及发射电压级响应均优于单纯的瓦片状压电阵子,非常适合随钻四极子工作频率及声场的测量需求。针对一阶弯曲振动模态,数值模拟了几何尺寸对换能器性能参数的影响。换能器谐振频率随着陶瓷片厚度、陶瓷片高度、陶瓷片张开角度、金属基片厚度的增大而升高。最大发射电压级幅值随着陶瓷片高度、陶瓷片张开角、金属片厚度的增大而升高;随着陶瓷片厚度的增大,最大发射电压级幅值先升高后逐渐降低。金属基片采用铝片可以使换能器有较大的发射功率。数值模拟结果可以对随钻声波测井仪四极子发射换能器的设计起到良好的指导作用。     

关于实际换能器指向性指数确定的简便方法

指向性指数在评价电声换能器,特别是在声呐应用中,一直是一个重要的参量。但因为它包含三维图案的积分,所以精确地计算和测量这个参数是困难的。因此,在理论上和测量中都广泛使用了近似方法。本文报道中运用的三种近似方法是:1.利用理论近似计算公式计算指向性指数;2.实测波束宽度再作理论近似计算;3.方向性图案测量和图表积分。用这三种方法分别测量和计算了四种换能器的指向性指数。     

长轴加长型宽带弯张换能器

Ⅳ型弯张换能器的机械品质因数较高,带宽不宽.为改善其带宽性能,在椭圆管形弯张壳体的基础上,利用多模态耦合的原理,提出了一种长轴加长型弯张换能器.以新型弛豫铁电单晶铌镁酸铅—钛酸铅(PMNT)为驱动材料,利用有限元软件ANSYS对弯张换能器进行了设计分析并制作了换能器样机.测量得到在1.6～16 kHz的频率范围内,换能器的最大发送电压响应136 dB,响应起伏7.8 dB.理论分析与实验结果表明,与Ⅳ型弯张换能器相比,长轴加长型弯张换能器在保持频率低,响应高等优点的同时,显著拓宽了弯张换能器的带宽.     

一种基于互易原理的超声功率新测量方法

本文从换能器的互易原理出发，利用平面波自易校准法获得换能器的自由场发送电流响应．根据平面活塞型换能器的衍射规律，推导出发射声功率的表达式．由此计算互易换能器在给定驱动电流（或电压）作用下的辐射超声功率．基于上述原理，使用自易校准装置测量了互易换能器的声功率一频率曲线．估计的测量不确定优于±20％．     

球冠型换能器声辐射指向性分析

为了研究球冠型换能器的声辐射特性,在分离变量法求解球面坐标系下波动方程的基础上,采用基于球谐基傅里叶变换及边界条件的求解模型,给出了球冠型换能器声辐射的远场声压计算表达式和远场指向性表达式;仿真计算了球冠换能器的远场指向性随球冠极角、球半径及振动频率变化的特性,球冠所在球障板的直径和介质中声波的波长比决定着球冠声辐射指向性,在低频或波长大于球障板直径时,球冠声辐射呈无指向性,随着频率的增高即波长的减小或者球障板直径的增大,球冠声辐射的指向性越明显,波束开角越趋向于球冠的开角,而且波束开角内出现波浪状起伏越明显;试制了高频球冠型换能器基阵,测试了换能器基阵300 kHz的指向性,测试结果与理论计算相符合,验证了理论计算表达式的正确性,可为设计球冠型换能器及基阵提供理论指导。      

cMUT阵元的声学分析与环形扫描成像

电容式微机械超声换能器(cMUT)具有宽带宽、灵敏度高、机械阻抗低和与电子电路集成制造等优点.由于超声换能器声场设计的好坏决定了成像质量的优劣,为了明确阵元参数与辐射声场的关系,该文对不同的阵元参数进行了计算仿真.与压电陶瓷超声换能器的结构不同,cMUT阵元是由多个电容单元(cell)并联构成.因此分析了cell的半径...     

一种简单高精度超声液位计系统的设计与实现

介绍了超声时延法测距的基本原理,设计并实现了一种基于DSP的超声液位计系统,改进国内同类产品精度和稳定度偏低的问题。利用选用的AD、DSP芯片特点,给出了一种简单高效率的超声换能器驱动电路和回波采集放大电路的实现方案;使用通用16位定点DSP芯片TMS320VC5502,实现测距算法,增强了后端数字信号处理能力;使用收发一体窄带超声换能器发射和接收超声信号,其中心频率20kHz,3dB带宽1kHz。实验结果表明,本系统测量范围为0.5～18m,测量精度可达到测量距离的0.5%。     

Electron conductance and mode stability in multi-gap coupled cavity m

根据空间电荷波小信号基础理论,建立了多间隙耦合腔中单个间隙电子电导的计算模型与模式稳定性分析模型.以3间隙耦合腔为例,推导出了各个间隙电子电导的计算公式.通过理论计算与仿真模拟,研究了3间隙耦合腔中各个模式的电子电导特性,并进行了间隙中注波互作用研究与模式稳定性分析.模型计算发现:各个间隙不同模式的电子电导不同,第3间隙内电子电导受注电压及间隙距离影响最大,对整个间隙内的注波互作用及电路稳定性的影响也最大.该模型还可以用于分布作用速调管注波互作用的计算模拟.     

压电管堆式宽带换能器*

研究了一种具有管状叠堆结构的圆管换能器,其敏感元件是由纵向极化压电陶瓷单元组成的薄壁管状压电叠堆,探讨利用管状叠堆纵向和径向振动耦合实现宽带发射。利用压电柱壳振动理论推导了管堆的频率方程,分析了换能器的纵向和径向模态的振动耦合特性。在理论分析的基础上利用有限元方法对换能器的带宽和发射电压响应进行优化并研制换能器样机。测试结果表明,纵向极化的管状压电叠堆结构具有良好的发射电压响应和宽带特性,与理论及仿真结果相符。