机电耦合系数和复阻抗对压电换能器脉冲波形的影响

在地震模型实验中,需要指向性均匀、脉冲持续时间短的低频压电换能器。实验发现,具有匹配背衬的换能器发射脉冲的视周期总是比无背衬的长;向水中辐射的脉冲波形比向细棒中辐射的复杂。但没见过对这些现象的详细解释。 本文仅从基本压电万程和梅森等效电路出发,计算了长度模压电换能器的传递函数,并用数值方法计算了机电耦合系数k_(33)和复阻抗对长度模压电换能器脉冲波形的影响。结果表明具有匹配背衬的换能器k_(33)越大,其“单极”脉宽越宽;且复阻抗使脉冲波形变复杂。我们进行了复阻抗对脉冲波形影响的实验,计算和实验基本符合。在一定的近似条件下,可作为设计和使用脉冲压电换能器的参考。     

一种多层压电结构:迭层换能器

在目前的换能器设计技术中,为了提高换能器的带宽,普遍采用重背衬技术。但是,重背衬的使用,使得换能器的灵敏度有较大的损失。近年来压电复合材料的应用使得换能器的性能大为改进。如何进一步提高压电换能器的灵敏度是Chofflet和Fink这篇文章的研究重点。     

水下吸声覆盖层声管测试的背衬研究

在吸声覆盖层水声声管测试的实验研究中，覆盖层背衬的选择对测量结果有重大影响。在我们二维理论研究的基础上，建立了吸声覆盖层声学特性的传递函数模型，分析比较了不同背衬对吸声覆盖层声学性能的影响。结果表明，不同背衬对吸声覆盖层吸声性能的影响具有明显不同的特性。背衬为双层壳体时，水层对吸声覆盖层的吸声系数曲线有明显的调制现象。背衬为单层壳体或双层壳体时，从整体上讲，吸声系数更趋近于刚性背衬而非软背衬的情况。在实验室小样品声管测试中，以较厚的钢柱作为背衬的测试数据来衡量吸声覆盖层性能更为合适，且易于实现。     

超声换能器辐射特性的优化*

匹配层和背衬层是换能器的重要组成部分,对换能器特性有重要影响。针对发射型换能器,基于有/无匹配层和空气/树脂背衬两种条件组合,该文研究了匹配层与背衬层对换能器辐射特性的影响。结果表明,负载材料为水时,空气背衬换能器相较于树脂背衬换能器声能辐射效率更高;匹配层可以提高换能器的主瓣能量,抑制旁瓣能量及旁瓣数量。因此,针对发射型换能器的设计,背衬材料的选择应遵循与压电材料的阻抗差异越大越优的原则;匹配层的合理设计不仅可以提高超声换能器的声能辐射效率,还可以提高主瓣旁瓣峰值比,使声能更集中。     

超声检测用窄脉冲探头高阻抗背衬的研制

利用一种简单的压力装置，制作与PZT压电晶片匹配的背衬块，最高声阻抗可达25．1×106kg·m-2·s－1用于试制窄脉冲探头，可以实现1.5周期的脉冲．     

经典局域共振型水声超材料的吸隔声性能研究*

基于水声超材料吸声机理和多层平行介质平面波理论,建立局域共振型水声超材料结构,通过COMSOL进行建模计算,研究该结构的吸声性能机理,此外为了验证钢背衬的隔声性能,在该水声超材料结构基础上添加一层0.005m厚的钢背衬进行仿真对比。研究结果表明,在频段为200Hz-4000Hz时,水声超材料声学性能较好,吸声性能整体较优,且添加钢背衬的水声超材料隔声性能较优,甚至在某频率点达到15dB的隔声差值;此外通过位移场图进一步揭示水声超材料的吸声机理,发现水声超材料结构的位移场和钢背衬都对吸声性能会产生影响,钢背衬通过影响共振吸收来影响吸声性能,而位移场则通过位移幅度大小影响吸声性能。     

灵敏度可调式压电薄膜水听器

本文介绍一种灵敏度可调式压电薄膜水听器，采用PVDF薄膜作为换能材料，聚碳酸脂作为背衬，薄膜粘贴在背衬的内壁，软性的背衬在声压的作用下形变。从而带动薄膜形变，产生电信号输出。水听器内装有前置放大器，调节放大器的负载电阻可调节水听器的灵敏度，灵敏度变化范围为出，水听器内装有前置放大器，100Hz-16kHz。     

背衬参数对厚度模压电换能器特性的影响

系统研究了厚度模压电换能器的背衬厚度、声阻抗率及机械损耗因子对换能器振动性能影响,重点分析了在所关心频率附近的有效机电耦合系数和机械品质因数。计算结果表明,随着背衬厚度增大,换能器的有效机电耦合系数和机械品质因数均震荡减小;背衬声阻抗率与压电片声阻抗率差值增大,换能器有效机电耦合系数减小,机械品质因数增大;保持压电片厚度不变,增大背衬的机械损耗因子,换能器有效机电耦合系数单调减小,机械品质因数有极小值,在给定频率范围内电特性曲线趋于光滑。用有限元方法验证了等效电路计算方法的正确性,并对比了换能器的测试结果和计算结果。计算所得规律为厚度模压电换能器的设计和实验制作提供了理论依据。      

Barker码体波脉冲压缩换能器的研究

本文从压电圆片二维等效电路出发,导出了多层结构的传输矩阵。对PZT,PT做成的多层编码发射和多层倒置接收换能器,在阶跃电脉冲激励下实现了Barker码脉冲压缩。从理论和实验上分析讨论了径向模、背衬、负载、粘接层、介电损耗和机械损耗等对压缩效果的影响。理论与实验结果基本符合。在解决了某些工艺困难之后,作出了PZT和PT的Barker码体波脉冲压缩换能器。     

空气背衬芯轴型光纤水听器加速度性能研究

对用于水声探测的光纤水听器,加速度相移灵敏度是一个重要的参数。本文采用有限元法对空气背衬芯轴型光纤水听器的加速度相移灵敏度进行了理论分析,并通过实验验证,得到了空气背衬芯轴型光纤水听器加速度相移灵敏度的优化规律,提高芯轴壳体的硬度可有效降低光纤水听器的加速度相移灵敏度,而改变芯轴壳体的厚度对水听器加速度灵敏度影响不大。