反铁电相变陶瓷低频发射换能器

在具有高阶形式的广义压电方程基础上,讨论掺镧改性锆锡钛酸铅PbLa(Zr,Sn,Ti)O3(PLZST)反铁电相变陶瓷的非线性机电耦合问题,得到类似传统线性压电方程的近似线性电致伸缩方程,给出了一种解决非线性反铁电相变陶瓷换能器电声转换问题的分析方法,即在直流偏置状态下对PLZST反铁电相变陶瓷的材料参数进行近似线性等效化处理进而分析换能器的电声转换问题.在此基础上,研制了水中谐振频率1.1 kHz新型反铁电相变陶瓷低频弯张换能器.湖上试验结果表明,与同结构同尺寸压电陶瓷弯张换能器相比,目前反铁电换能器样品的发射电压响应约高3dB,声源级高出9dB,并验证了本文所提出的分析非线性反铁电相变陶瓷换能器方法的正确性.     

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。     

弛豫铁电单晶弯曲梁矢量水听器研究

研制了一种弛豫铁电单晶(PMNT)二维矢量水听器,矢量通道和声压通道分别由两个正交压电单晶复合弯曲梁振子和PZT-5压电陶瓷圆管组成。基于弹性力学理论和水下质点振速测量原理对弯曲梁矢量水听器进行建模,推导给出了接收电压灵敏度表达式,分析了弯曲梁应力分布对矢量水听器接收性能的影响以及PMNT压电单晶材料与弯曲梁结构的匹配问题。在理论分析的基础上,研制了PMNT压电单晶和PZT、-5压电陶瓷矢量水听器样品并进行测试。测试结果表明:压电单晶矢量水听器与压电陶瓷矢量水听器相比,接收电压灵敏度提高11 dB,自噪声降低3 dB,测试结果与理论结果相符。      

一种小型球形宽带发射换能器

设计了一种小型球形宽带发射换能器,换能器由正六面体基座、六个压电晶堆和弧形辐射面组成,是一种球形空间对称结构。球形设计使得换能器内部结构紧凑,而且在体积一定的情况下具有最佳的辐射阻,是一种高效的小型大功率无指向性声源。采用有限元方法对换能器进行了优化设计并研制了换能器样品。水池测试结果表明,该换能器样品的工作带宽为2.6 k Hz～5.2 k Hz,最大声源级达到200 d B以上,电声效率50%左右,优质因子FOMm达到36 W/k Hz·kg。     

基于相变换能机理的反铁电陶瓷水声换能器初探

阐述了改性锆锡钛酸铅Pb(Zr,Sn,Ti)O3(PZST)反铁电陶瓷作为一种基于相变换能机理的大应变电致伸缩材料的性能特征以及作为水声换能器新型有源材料的优势。采用掺镧改性锆锡钛酸铅PbLa(Zr,Sn,Ti)O3(PLZST)反铁电陶瓷材料首次设计制作了纵振式反铁电陶瓷水声换能器。试验结果表明,PLZST反铁电陶瓷用于水声换能器研制在技术上是可行的,与压电陶瓷换能器比较,目前反铁电换能器样品的等效发射电压灵敏度提高3~5dB以上。根据实验情况,认为在发射电压灵敏度和声源级方面具有进一步提升的潜力。     

有限非均匀空腔障板对换能器指向性的影响

声障板可以改善换能器的灵敏度和指向性,是换能器及基阵设计中必不可少的声学结构。本文建立了有限空腔障板和非均匀空腔障板的模型。利用射线声学的理论,研究了以上两种障板对换能器指向性的影响,结果表明障板的边缘和障板的厚度变化都会影响换能器的指向性。文章最后给出了部分实验结果,理论结果与实验结果基本相符。