功能材料及其应用于换能器技术的研究进展

文章综述了功能材料及其应用于换能器技术的研究进展,包括声学换能器领域应用的功能材料发展状况及基于这些材料的换能器新设计,所提及的材料包括磁致伸缩材料、弛豫铁电材料、压电复合材料、压电聚合物材料及高温压电陶瓷材料等等.文章还概要介绍了一项应用于声学换能器领域的新技术——微机电(MEMS)技术及其换能器.     

《压电换能器和换能器阵》简评

由栾桂冬、张金铎、王仁乾编著,北京大学出版社出版的《压电换能器和换能器阵》一书,即将与读者见面。 北京大学声学专业多年来一直为高年级和研究生开设换能器和换能器阵课程。在这门课长期教学基础上,广泛征求读者意见,经多次修改,并补充近年来换能器和换能器阵研究方面的成果和分析方法编成这本书。 全书四十多万字分上下两册,共十五章。上册包括第一章至第九章,下册包括第十章至第十五章。第一章简述了压电换能器和换能器阵的发展及这门学科对声学的发展、研究和应用的重要性。第二章系统讲述了晶体的宏观对称性,晶体的弹性、介电性和压电     

压电盘簧换能器灵敏度研究

本文介绍的压电盘簧换能器，利用结构对应力具有放大作用的原理，通过利用扭矩实现应力放大，可有效地提高换能器的灵敏度。同时通过设计极化的方法使得ｇ１５压电模式得到应用。理论分析和计算结果表明，这种换能器具有很高的灵敏度。     

采用双层结构声失配层背衬的深水压电换能器

水深海增加10m,压力就增加一个大气压,这是限制深水换能器开发的一大障碍。在深海中所使用的仪器必须突破厚壁这种障碍。用于深水的超声压电换能器,强度上不仅要耐水压,而且在大深度下还要具有稳定的声学性能。本文提出一种在压电振子的后面,采用非压缩性材料的双层结构的声失配层背衬,使压力平衡的超声压电换能器。文中应用菊池、中钵等人     

一种非均匀厚度压电复合材料片宽带换能器的实验研究

本文利用１－３压电复合材料作为换能元件，通过特殊工艺制备成一面是平面，一面是球面的非均匀厚度压电振子，这种压电晶片加上激励电压后，不同厚度处以不同的共振频率振动，从而使压电晶片的振动频带加宽，本文介绍了这种压电晶片的机电特性，以及用这种压电晶片制成的宽带聚焦超声换能器的脉冲回波特性，此外，文中还对这种换能器与均匀厚度压电晶片换能器的脉冲回波特性进行了比较。     

压电复合材料及其在换能器中的应用

本文评述了压电复合材料的性能、特点和研究概况,对这种新型压电材料在水听器及其他换能器方面的应用作了较多介绍。     

新书评介

电子陶瓷情报网编的《压电陶瓷应用》一书,于1985年8月由山东大学出版社出版.压电陶瓷是声学中广泛应用的电-声换能材料,由压电陶瓷做成的各种声学器件,是一些声学仪器、设备中的关键部件.该书从实用角度出发,对压电陶瓷在各类声学仪器中的作用、工作机理与方式等,给予了简要的说明;对一些典型的换能器,给出了设计的考虑原则、制做工艺、计算公式,并给出了具体结构的实例. 全书共分七章:第一章“在高电压发生装置中的应用”,介绍了压电陶瓷点火器、变压器、玩具遥控信号发生器、压电按扭开关等;第二章“在电声等设备上的     

1-3型压电复合材料

1－3型压电复合材料是目前研究和应用得比较广泛的一种压电材料．本文简述了这种压电复合材料的理论模型、制作方法和实验结果；指出除了圆形PZT压电材料所具有的径向模和厚度模以外，1－3型压电复合材料还具有横向结构模．本文介绍了这种压电复合材料的特点，如低声阻抗、低介电常数、高静水压压电常数以及PZT相分布的可控制性等．这些特点有利于改善压电复合材料换能器的时间响应和空间响应．     

钹型换能器的优化设计*

本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。为了得到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,为这种钹型换能器的优化设计提供了理论指导。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。     

可调频率压电换能器原理

最近,我们曾研究电负载对压电振动系统振动特性的影响。随着电负载的连续变化,通过压电效应,压电振动系统的谐振频率也连续地改变。由此引伸,可以实现可调频率压电换能器,本文将对其原理进行研讨。我们将对压电夹心换能器进行这种调节频率的理论分析,并对一种纵向加电场,纵向振动的夹心换能器进行实验比较。理论与实验结果一致表明,用有效耦合系数K_eff来衡量,该换能器可以在一个半倍频程的范围内有效地工作。这里提出的可调频率压电换能器,由于是改变电负载,通过压电耦合来实现换能器的频率调节的,因此它还具有方便、连续和瞬时可调的特点。     

压电晶体换能器在声学实验中的调配

本文根据受迫振动的数学分析，解释了阻尼对共振频率的影响，找到了提高压电晶体换能器在声学实验中振幅传递效率的方法。     

声波测井系统“多极阵列压电换能器”研制成功

声波测井系统“多极阵列压电换能器”是该系统中的关键部分,包括单极收、发,偶极收、发和斯通利波一系列的压电换能器．国内多年来依靠进口,为打破国外高价垄断,“九．五”期间作为“海洋高技术（８６３－８２０－０６－０１）声波测井系统”立项进行研制,这一系统的“多极阵列压电换能器”由中国科学院声学研究所经过 ５年的预研、研究,于 ２０００年研制成功． 在２０００年下半年,“多极阵列压电换能器”与其相关仪器联机在毕北油田并下实际测试,结果表明全部满足合同要求（中国海洋石油测井公司技术开发合同书,合同编号：９８…     

渔业声学回波散射测量系统的宽频带换能器

针对目前渔业声学宽频带回波散射测量系统采用多个不同频带的换能器合成、结构复杂且不方便携带的缺点,本文提出一种使用低机械品质因数、高谐振频率的积层压电致动器作为核心压电元件的"朗之万"型宽带水声换能器。测试结果表明,该换能器适用的频率范围为20 kHz~150 kHz,在三个渔业声学常用频率38 kHz、70 kHz、120 kHz下的-3 dB波束宽度分别为20.0°、11.5°、5.0°,可以满足对常见渔业资源种类的宽带声学回波散射特征的测量要求。     

厚度模压电超声换能器无源声学材料研究进展*

厚度模压电超声换能器作为超声波发射、接收以及电信号间转换的载体,是超声成像与检测系统的核心器件,一般由压电层、匹配层和背衬层3部分组成。超声换能器的性能一定程度上决定着整体超声设备的性能,影响了其在工业、医学、军事等领域的应用。该换能器的关键性能指标(带宽、灵敏度)除了受到压电层的影响,还与匹配层、背衬层等无源声学材料的设计密切相关。该文综述了近年来厚度模压电超声换能器无源声学材料(匹配层、背衬层和声透镜)的研究进展,提出了当前该类材料面临的难题和解决途径,并对其未来发展方向进行了展望。     

有限长压电薄圆管的等效电路和机电耦合系数

本文给出了径向极化薄压电圆管的等效电路和机电耦合系数.这个等效电路是一个四端网络.用电弹短路振方式和压电方程式求出换器内的能量,再用换能器的线性方程和换能器的内能得到等效电路的参量和方程式:这种推导换能器等效电路的方法能应用于其它的换能器.用换能器内的机电耦合能、弹性能和电能求得换能器的机电耦台系数。     

外接LC电路的可调压电换能器的频率特性

压电换能器往往因受到温度与负载的影响,导致其谐振频率、反谐振频率和机械品质因数等特征参数发生变化。通过在压电换能器中设计用于调节的压电陶瓷片,并在调节压电陶瓷片两端外接电负载,可以实现压电换能器的频率调节,修正由于温度和负载导致的频率漂移。基于压电换能器的Mason等效电路,建立外接LC调节电路的压电换能器的谐振频率、反谐振频率模型,分析LC调节电路中调节电感对频率调节特性的影响;通过实验研究外接LC调节电路对可调压电换能器机械品质因数的影响,并验证调节电感对频率调节特性的影响。理论分析和实验研究的结果表明:随着调节电感的增大,调节电容对频率的调节灵敏度提高,可调压电换能器的频率调节宽度拓宽,但也会使压电换能器的机械品质因数降低。合理选择调节电感和调节电容能兼顾频率调节宽度和机械品质因数的要求。此研究可为后续自适应压电换能器的频率调节系统设计提供指导。      

第9届亚洲物理奥林匹克竞赛实验试题及解答

介绍了第9届亚洲物理奥林匹克竞赛中的实验部分试题,该试题是有关声学方面的,主要分为4个部分:压电换能器特性测量;超声干涉现象观测和解释;超声的多普勒效应研究及闻阈和人耳音频分辨本领确定.对该部分试题做了详尽的分析和解答.     

双激励全波长压电陶瓷超声换能器工作特性分析

对由两个半波长夹心式压电陶瓷换能器级联而成的双激励全波长压电陶瓷超声换能器进行了研究,给出了这种换能器优值的相关参量表达式,通过数值计算分析了该换能器的结构和材料参数对其特性的影响。研究结果表明,当两组压电陶瓷堆分别位于各自所在半波长换能器的位移节点,或者在压电陶瓷片数量确定情况下两组压电陶瓷堆的片数相同时,换能器均能得到最大的优值;在相当大的范围内增加压电陶瓷片的数量,换能器的优值稍有降低,但力因子迅速增大;金属块材料对换能器的优值影响甚微。可见双激励全波长换能器能在不明显降低换能器综合性能的情况下有效增加压电陶瓷的体积,因而可大幅提高换能器的功率容量和负载能力,更适用于大功率重负载的场合。      

单面接线的厚度模压电换能器

常规的厚度模压电陶瓷换能器需要在压电陶瓷片的两个大面上接线.但是前表面的接线对于小换能器(直径小于1mm)和阵列换能器不利.两面接线还不便于批量生产,也不便于和匹配层的耦合.D.E.Laughlin等人1985年曾制作了如图1所示的小换能器.这种换能器的背电极分割成两半,分别连接电源的两极.前表面的电极不连线,与常规换能器不同,这种换能器工作时压电片的两半作反相振动,一半伸张时,另一半压缩;一半压缩时,另一半伸张.实测表明,这种换能器的声场由两个独立的声束组成(图2).     

1-3型压电复合材料宽带水声换能器研究

1-3型压电复合材料换能器具有重量轻、声阻抗率低等优点,复合材料换能器带宽的拓展一般采用匹配层的方法.采用厚度振动模态理论、横向模态理论和有限元方法对1-3型压电复合材料换能器进行研究,应用ANSYS软件建立换能器的有限元模型,然后进行结构优化,最终制作了一个利用厚度振动模态和一阶横向模态的1-3型压电复合材料宽带换能...