舰船辐射噪声模拟发射系统的设计研究

本文依据典型舰船噪声的频谱特性规律,设计研制了一套舰船辐射噪声发射系统实验样机,包括信号结构设计、换能器选择配置、系统构成设计等,本噪声模拟发射系统具有100Hz～16kHz频带噪声的模拟发射功能,包括线谱、连续谱成分,频谱分配和谱线形式可调可控,信号总声源级动态范围达60dB。     

基于ANSYS提取单相单向换能器耦合模参数

基于有限元理论,给出了基于ANSYS提取单相单向换能器（Single Phase Unidirectional Transducers,SPUDT）耦合模参数的方法。首先,结合声表面波在压电介质中的传播原理,给出了压电有限元分析方程和对应的ANSYS分析步骤。然后针对SPUDT结构,给出了周期性近似分析的理论模型,利用耦合场分析对其进行模态分析和谐响应分析,最后结合两者的结果来计算SPUDT的耦合模参数。本文给出基底材料为压电晶体128°YX-LiNbO₃和YZ-LiNbO₃,电极材料为铝的三种不同SPUDT的计算结果,理论结果与Hashimoto和Hartmann文献报道的结果相吻合,并且和实验测试的结果基本一致。从而给出了提取SPUDT耦合模参数的一种通用、有效的方法。     

换能器辐射阻抗变化对区配层参数的影响

匹配层换能器在实用中往往由于辐射阻抗的变化破坏了“最佳”匹配层参量的选取。本文从反映阻抗概念给出了必要的匹配层厚度修正，并以实例计算证明了修正公式的实用意义。     

SJTU-1型医用超声诊断设备声输出测量系统的研制

本系统地研究了医用超声诊断设各声输出公布要求的国家标准GB16846—1997(idt.IEC61157—1992)中规定的主要指标的定义和测量方法，给出了相关的计算公式。介绍了为实施国标而研制的专用测量设备SJTU-1型医用超声设备声输出测量系统的工作原理、系统构成和技术性能。     

大尺寸夹心式压电超声换能器的设计

现有的夹心式压电超声换能器的设计方法多从一维理论出发，它对横向尺寸较大的换能器并不适用．本文研究了大尺寸夹心换能错的铝合振动，通过引人振动体的等效弹性系数，推出了换能器的耦合振动频率方程，并给出了换能器纵向共振频率的设计准则．与数值法相比，本方法计算非常简单．与一维理论的计算结果相比，利用本文理论得出的换能器的纵向共报频率与实测值更加符合．     

简易超声波换能器频率测试仪的研究

对超声波换能器频率测试系统进行了探讨，并在此基础上提出了改装设想，分析了所研究的简易超声波换能器频率测试仪的电路原理及实验结果。     

爆电换能脉冲大电流输出研究

 基于爆电换能原理，使用掺铌的PZT 95/5陶瓷组装换能器件，在垂直工作模式下，对爆电电源LRC电路响应进行了理论分析，并开展了脉冲大电流输出实验研究。实验采用多组PZT 95/5铁电陶瓷并联，利用平面波发生器作为冲击加载手段，获得了峰值5 kA以上的脉冲大电流，初始电流上升速率可达10~20 GA/s。实验结果与理论设计符合较好。     

200℃偶极发射换能器研究

高温偶极子发射换能器是200℃高温多极子阵列声波测井仪器研发需要攻克的主要核心关键技术问题之一。针对这一问题,该文从材料选型和工艺改良两个方面开展技术攻关,研发了耐温达200℃偶极子发射换能器,样机耐温性能测试表明其能够在200℃下连续工作12 h而不损坏,声性能测试样机最大发射电压响应为124 dB,具有与现用换能器相当的辐射性能,样机尺寸及工作频率与现用换能器几乎完全一致,可以方便地对现用仪器进行升级。目前搭载该样机的仪器已经通过孤古8实验井测试,并在新疆顺北油田现场近9000 m井下取得高质量数据,达到设计目的。该文为开展更高温换能器研发提供了详细的研究思路。     

非线性工作状态压电换能器匹配技术

针对压电换能器在大功率下存在复杂非线性而导致匹配参数难以优化的问题,以大功率超声金属焊接为例,通过采集测试焊接过程换能器两端电压的幅值与频率,建立换能器反谐振电阻与驱动电压有效值、频率之间的数学模型;提出基于反谐振电阻模型的最优功率匹配方法,推导了匹配电感电容的计算公式。最后实验验证了数学模型的准确性,且当换能器输入功率在最优功率附近时,匹配网络电能传输效率最高。     

管柱型近周期声子晶体点缺陷结构的大尺寸压电超声换能器

大尺寸压电超声换能器的耦合振动会导致其辐射面纵向位移振幅的平均值较小,振幅分布不均匀,严重影响系统的性能和可靠性.为了改善大尺寸超声振动系统性能,可利用二维孔/槽型近周期声子晶体结构对横向振动进行抑制,但在对横向振动抑制的同时,该结构会对换能器机械强度和工作带宽等性能参数造成不利的影响.针对这一问题,本文提出利用管柱型近周期声子晶体点缺陷结构对大尺寸夹心式纵振压电陶瓷换能器进行优化的新思路.该方法不仅可以利用构造的固/气二维近周期声子晶体结构的点缺陷模式,获得极低的能量损耗,有效提高系统辐射面的纵向位移振幅和振幅分布均匀度;也可以利用管柱结构中的双环形孔增强声波的多重散射,使得换能器在管柱柱高较低的条件下产生禁带,在有效抑制横向振动的同时,大幅拓宽换能器系统的工作带宽,增强系统的稳定性和机械强度,降低加工成本.仿真结果证明了优化的有效性.