叠合结构超低频弯张换能器

研究了一种将多个椭圆弯张壳体在短轴方向进行机械叠合的超低频弯张换能器,每个弯张壳体采用超磁致伸缩材料进行驱动。推导了多个叠合壳体的等效电路,利用支路阻抗方法得到了换能器频率和阻抗的方程表达式。针对多个壳体叠合的结构复杂性,采用有限元方法计算并分析了叠合壳体换能器的多个结构点的振动位移分布,通过平动位移分布设计了活塞辐射面的结构参数。将有限元方法计算的换能器在空气中和水中的谐振频率与等效电路法计算的结果进行了对比,符合较好。研制了6个壳体叠合的超低频弯张换能器样机,换能器外形尺寸为Φ230×630 mm,重量为39 kg。换能器经湖上试验,水中谐振频率130 Hz,最大发送电流响应161.1 dB,最大发射声源级为180.4 dB,实现了超低频、小尺寸的发射能力。     

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136dB,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。     

弯张换能器的等效电路支路阻抗分析方法

本文提出了适用于弯张换能器的等效电路支路阻抗分析方法,归纳总结了一些描述IV型弯张换能器振动辐射的特性参量,通过支路阻抗分析方法计算这些特性量可以进行换能器局部结构的优化设计。     

变张换能器的等效电路支路阻抗分析方法

本文提出了适用于弯张换能器的等效电路支路阻抗分析方法,归纳总结了一些描述IV型弯张换能器振动辐射的特性参量,通过支路阻抗分析方法计算这些特性参量可以进行换能器局部结构的优化设计.     

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。     

双椭圆壳串联宽带弯张换能器

提出一种利用多模态耦合的低频、宽带、大功率的新型弯张换能器,其结构上将两椭圆的Ⅳ型弯张壳体沿长轴方向串联为一体,两组长压电陶瓷堆贯穿其中驱动。利用有限元软件设计并制作一款此新型换能器的样机,其工作频带通过耦合壳体前三阶弯曲模态及压电陶瓷堆纵振模态与壳体膜模态的复合模态展宽。经测试在1.4~6.0 kHz范围内,样机的发射电压响应大于128.5dB,声源级大于190dB。结果表明,此弯张换能器与只利用一阶弯曲模态的Ⅳ型弯张换能器相比不仅有更宽的工作带宽,还满足低频和大功率的声辐射要求。     

双激励纵弯耦合宽带复合棒水声换能器

为研究进一步拓宽双激励复合棒水声换能器的工作带宽方法。利用等效电路法和有限元方法研究了双激励换能器的振动模态,分析了中间质量块的材料、长度对换能器发射电压响应的影响,提出结合较低工作频段的纵向振动和较高工作频段的纵向振动与径向振动耦合引起的弯曲振动进一步展宽带工作频带的方法。根据优化参数后的仿真模型制作的样品工作频带为14 kHz～47 kHz。采用这种纵弯振动模态耦合的方法可以有效拓宽双激励宽复合棒换能器的工作带宽。     

Terfenol-D鱼唇式弯张换能器

提出了一种“鱼唇式”弯张换能器的设计方案,采用变高度椭圆壳体,这样的壳体兼有振幅放大和高度加权放大的“双重放大”作用,并设计制作了Terfenol-D“鱼唇式”弯张换能器。理论分析和湖上实验结果表明,Tefenol-D“鱼唇式”弯张换能器,具有较低的谐振频率,水中约为 1.1kHz左右;较宽的频带,-3dB带通 Q值低于 3;发射电流响应为 182 dB;采用了溢流腔填充顺性材料可获得较大的工作深度.     

夹心式纵-扭复合模式压电超声换能器的共振频率

本文对夹心式纵-扭复合振动模式压电超声换能器进行了研究．从换能器的等效电路出发，在无耦合时，得出了换能器中纵向振动模式及扭转振动模式的各自共振频率方程．实验表明，换能器各自共振频率的测试值与理论计算值基本符合．     

低频大功率稀土磁致伸缩弯张换能器的有限元设计理论及实验研究:Ⅱ.实验部分

对研制出的换能器弯张亮体及换能器的振动模态进行了测试,与理论计算相符;对换能器的声学性能作了测试:水中诸报频率为1.16kHz,带宽为680Hz,机械品质因数Q_m为1.71,单位电流发射响应在谐振频率处达到186.1dB,电声效率为13.1%.     

A wideband combined transducer for measuring system in sound tube

A wideband transducer for sound tube system is presented,which combines longitudinal transducer and ClassⅣflextensional transducer to improve the performance at low frequency and broaden the working band.The equivalent circuit is obtained and used to analyze the coupling mechanism between longitudinal transducer and flextensional transducer.A prototype of the transducer is developed after optimizing the electro-acoustic performances by Finite Element Method.The standing wave in the sound tube stimulated by this transducer has been studied and the sound absorbing coefficients of two acoustic materials samples are measured using this sound tube,which shows that the transducer can meet the requirements of acoustic material measurement with the working band ranging from 1.4 kHz to 23 kHz.     

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。     

换能器前辐射头与轴向相平行方向的弯曲振动

复合棒型换能器前面的变截面组件在工作时常伴有弯曲振动现象，这在一定程度上会影响换能器的工作性能；利用复合棒型换能器的纵向振动基频与前辐射头弯曲振动的恰当耦合，可展宽换能器的频带。本文用有限元法，研究了前辐射头在声换能器组成中的弯曲振动问题，与测试结果相吻合。     

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。     

Traveling wave tube measurements for low-frequency properties of underwater acoustic materials

A traveling wave tube measurement technique for measuring acoustic properties of underwater acoustic materials was developed.Water temperature and pressure environments of the ocean can be simulated in a water-filled tube,and the acoustic parameters of samples of underwater acoustic materials are measured in the range of low-frequency.A tested sample is located at central position of the tube.A pair of projectors is separately located at both ends of the tube.Using an active anechoic technique,the sound wave transmitting the tested sample is hardly reflected by the surface of secondary transducer.So the traveling sound field is built up in the tube.By separately calculating the transfer functions of every pair of double hydrophones in the sound fields from the both sides of the sample,its reflection coefficients and transmission coefficients are obtained.In the measurement system,the inside diameter of the tube isΦ208 mm,the working frequency range is from 100 to 4000 Hz,the maximum pressure is 5 MPa.The reflection coefficients and transmission coefficients of a water layer and a stainless steel layer samples are measured actually and calculated theoretically.The results show that the measured values are in good agreement with the values calculated,and the measurement uncertainty is not greater than 1.5 dB.     

水声材料低频声性能的行波管测量

发展了一种测量水声材料声学性能的行波管测量技术,能够在实验室充水管中模拟海洋水温水压环境,对样品的声学参数实施低频范围的测量。被测样品置于声管中央,声管两端配置一对发射器。应用主动消声技术使样品的透射声波在声管次发射器表面的反射可忽略,在管中建立起行波声场。然后,通过分别计算样品两边声场中每一对水听器的传递函数,得到样品的反射系数和透射系数。测量系统声管的内径为Φ208 mm,工作频率范围为100~4000 Hz,最高静水压为5 MPa。对水层和层状不锈钢样品的反射系数和透射系数进行了实际测量和理论计算,结果表明,测量值和计算值有较好的吻合,测量不确定度不大于1.5 dB。     

前盖板开矩形通孔型宽带换能器

提出一种利用多模态耦合的开孔型宽带换能器。在传统纵振换能器前盖板一定距离处开一矩形通孔,以激发出能与纵振耦合从而拓宽频带的振动模态。以带宽为目标,利用有限元方法对通孔的长度、宽度和孔前端离前盖板端面的距离进行了优化设计,得到了最佳的开孔位置和尺寸。研制了换能器样机。测试结果表明,在12~32 kHz频带范围内,换能器有3个工作模态,后两阶模态对工作带宽的展宽有贡献。未开孔的同尺寸纵振换能器-3 dB带宽仅3 kHz,开孔换能器带宽则达10.50 kHz,有效地拓展了工作带宽。理论计算和测试结果吻合较好。     

自由端盖Ⅲ型宽带弯张换能器的设计

提出了一种利用多模耦合实现低频、宽带、大功率特性的新结构Ⅲ型弯张换能器。通过在压电陶瓷堆内部嵌入与凹型弯张壳体相连的弹性辅助弯曲梁结构,并用弯曲圆盘作为顶部自由端盖,增加有效工作模态。利用有限元方法对换能器进行了设计优化,分析结果显示换能器在低频段存在4个主要工作模态。根据优化结果,加工制作了换能器样机,水池实验的测试结果表明:在1.5～5.5 kHz范围内,换能器样机的发送电压响应均大于135 dB;1.5～4 kHz内的最大发送电压响应大于142 dB,响应起伏小于6 dB。研究结果表明自由端盖Ⅲ型弯张换能器不仅能够在小尺寸设计下实现大功率工作,还能获得低频宽带发射性能。     

Calibration of ear canals for audiometry at high frequencies

A procedure is described for determining the absolute sound pressure at the inner end of the ear canal when a sound source is coupled to the ear, for frequencies in the range 8-20 kHz. The transducer that generates the sound is coupled to the ear canal through a lossy tube, yielding a source impedance that is approximately matched to the characteristic impedance of the ear canal. A small microphone is located in the coupling tube close to the entrance to the ear canal. Calibration is carried out by measuring the response at this microphone when an impulse is applied at the transducer. To estimate the sound pressure at the medial end of the ear canal, the Fourier transform of this impulse response is corrected by an all-pole function in which the poles are estimated from the minima in this Fourier transform. Data on individual ear canals are presented in terms of gain functions relating the sound pressure at the medial end of the ear canal to the sound pressure when the coupling tube is blocked. The average gain function for a group of adult ears increases from 2 to 12 dB over the frequency range 8-20 kHz, in rough agreement with data from ear-canal models. Possible sources of error in the calibration procedure are discussed.