凸面-锥面声透镜换能器研究

通过数值计算和实际测量，研究并证实了凸面－锥面声透镜聚焦换能器产生的声场，能产生较细长的聚焦声束，并且透镜的形状参数对聚焦声场分布有明显影响。     

球面-锥面声透镜换能器的研究

通过数值计算和实际测量，研究了球面－锥面声透镜聚焦换能器产生的声场，证实其能产生较细长的聚焦声束，并且透镜的形状参数对聚焦声场分布有明显影响。     

双锥面声透镜换能器的研究

通过数值计算和实际测量，研究了双锥面透镜聚焦换能器产生的声场，证实其能产生较细长的聚焦声束，且透镜的形状参数对声场分布有明显影响。     

换能器阵列形式对指向性的影响

针对声波定向换能器阵列形式对指向性的影响问题,该文根据声波叠加原理,从理论上推导了圆形活塞换能器阵的三维指向性计算公式。在此基础上,利用该理论公式,对24个压电换能器阵元分别布为4×6阵列、5×5-1阵列、3×8阵列、2×12阵列的指向性进行了分析,发现不同阵列形式三维指向性存在明显差异;方阵在各方向上指向性近似相同,而长方形阵则随长宽比的增大,在长、宽方向上的指向性差异增大。     

新型曲面换能器阵指向性研究

利用抛物面几何结构的自聚焦性能优化设计了一种新型的抛物面换能器阵。基于声场理论,推导出换能器阵的三维指向性函数表达式。数值仿真了阵元数目、抛物面焦距和工作频率等参数对阵列指向性因数的影响。仿真实验结果表明,相对于传统平面圆环阵列而言,在换能器目数相同的情况下,抛物面相控阵列指向性因数增加了1倍,具有较高的指向性和抑制旁瓣能力,是较理想的组合声源。通过优化参数,抛物面换能器阵可获得最佳指向性,进而为声频定向扬声器的设计及研究提供了理论基础。     

声束扬声器的声频定向换能器阵列指向性研究

利用空气中超声波非线性传播效应制作一种可产生高指向性可听声的新型声束扬声器。以聚偏氟乙烯(PVDF)膜作为声频定向换能器的发声部件,根据惠更斯原理分析、讨论了声束扬声器单个换能器及换能器阵列的指向性,并指出当无法使点声源间的间距小于或等于声波波长的1/2时,可以通过增加点声源的个数来获得高指向性声波,使旁瓣的幅值得到有效抑制。     

超声应力换能器指向性校准方法研究

超声应力换能器指向性对超声应力检测精度具有重要影响。该文提出了半圆柱试块法,被校换能器向半圆柱试块内部辐射声波,接收换能器在试块圆柱面各角度接收到信号,分析得到被校换能器的指向性。利用半圆柱试块法校准得到纵波换能器指向性,其-3 dB波束宽度为5.01°,这与水听器法测量值、理论值相对偏差分别为3.09%、2.66%。利用半圆柱试块法校准得到临界折射纵波换能器指向性,其-3 dB波束宽度为10.55°,这与仿真值相对偏差为2.23%。半圆柱试块法更符合超声应力的实际使用工况,不受换能器水密性、换能器工作原理等限制,适用于任意型号超声应力换能器,且校准更高效、快捷。     

曲面超声换能器近声场指向性研究

通过结合物理声学原理推导出曲面结构及其等效动态相控阵列超声换能器所形成的近声场分布,并利用数学软件对超声近场声压进行近似数值仿真。通过分析比较各声场指向性的仿真结果表明,在给定的工作频率和介质条件下,对比于平面结构,二维半圆球壳的曲面压电晶片或等效相控阵元阵列结构的超声换能器在近声场可实现高强度聚焦,同时近声场焦点处的横向/纵向分辨率都达到最佳,旁瓣/栅瓣抑制也达到最大。最后给出了在曲面阵列优化设计方面一些有价值的规律。     

基于MATLAB的换能器阵列指向性分析方法研究

针对复杂换能器阵列解析方法求解指向性较为困难的问题,提出一种基于MATLAB的三维指向性图快速确定定向面,以定向面内的二维指向性图确定指向性关键性能参数的求解方法,从而避免了复杂的解析求解过程,克服了解析方法无法求解时需制作换能器实物阵进行测试的难题。这种方法对于缩短产品研发周期、降低研发成本与研究难度具有实际意义。     

影响超声换能器阵指向性的几个关键因素研究

在声频定向参量阵发射系统中,需采用若干个超声换能器阵元组成发射阵列,换能器阵元的数目和排列位置会对发射阵的指向性产生重大影响.该文分别从单个阵元的指向性和不同形状的换能器阵列的指向性两方面进行了研究.仿真试验结果表明,对于单个换能器阵元,随着其尺寸大于波长,换能器呈现愈强的指向性;对于换能器阵列,面积相当、换能器个数相同的矩形换能器阵指向性优于圆形换能器阵,增加换能器阵列的阵元个数有利于抑制旁瓣,提高其指向性.     

微型声频定向换能器阵列指向性研究

通过对微型声频定向换能器阵列的指向性参量研究,设计并制造了基于微机电系统(MEMS)的锆钛酸铅(PZT)薄膜换能器阵列,为声频定向扬声器的发声部件微型化提供了一种可行的实现方法.从理论上分析了阵元半径、阵元个数和阵元中心间距等结构参数对指向性的影响,确定各阵元正方形排列可获得预期的圆柱形声音传播空间,阵元数量越多,声波指向性越强,并指出当阵元间距约为波长的1/2时,旁瓣抑制效果量明显.最后对微型MEMS换能器阵列实物做指向性测试,实验结果与理论分析结果基本一致.     

柱面声透镜声场分析

从惠更斯原理出发,采用点声源合成法对柱面型声透镜声场的分布及声场分布与透镜几何参数间的关系等作了分析.分析表明,如果对声透镜表面的划分足够小,则点声源合成法在一定程度上可用来对声透镜的声场作近似分析,同时发现柱面聚焦声透镜形成的线聚焦声场的分布和焦域声压幅值与声源频率、透镜长度、宽度及其几何半径均有复杂关系.     

基于压电换能器的声发射源定位成像研究

针对金属板类结构件的声发射(AE)源定位精度低,定位过程复杂等问题,研究了一种基于时间反转聚焦的声发射源定位成像方法。该方法首先分析了时间反转(TR)和定位成像的原理,建立了由4个声发射传感器组成的板件监测模型,最后通过在铝合金板上进行了声发射源的定位实验研究。实验结果表明,该方法在不需要复杂信号处理的情况下能有效地实现铝合金板声发射源的定位和成像,并将误差控制在有效范围内。     

声表面波又指换能器的研究与设计

声光可调谐滤波器的设计,关键是它的各个模块,包括光波导、模分离器、声波导和又指换能器的参数设计。设计了叉指换能器各个参数,并对其射频驱动电路和匹配电路给出了设计思路,其中电路控制系统以单片机AT89C52为主控制器,在频率为158MHz频谱仪上得出了频率合成器的测试结果。     

谐振频率可调式PVDF膜声频定向换能器

提出了一种谐振频率可调的聚偏二氟乙烯(PVDF)膜声频定向换能器的结构设计方案,用以解决困扰声束扬声器输出功率低的问题,并通过理论研究给出了该类换能器主要设计参数的理论计算公式。实际制作出的换能器频率测试结果表明,采用该方法能得到符合预期设计要求的较为精确的换能器谐振频率,这对于缩短声束扬声器的研发周期、降低开发成本、提高输出功率都具有较为重要的意义。     

基于1-3压电复合材料的透镜式聚焦换能器设计

为了抑制压电陶瓷透镜式聚焦换能器振动的多模耦合现象,提高换能器电声转换效率,采用1-3压电复合材料,设计了一种新型的透镜式聚焦换能器;首先计算并仿真了1-3压电复合材料的厚度谐振频率ft和厚度机电耦合系数kt,理论和仿真结果分别相差2.947％和0.933％;接着对换能器做振动分析,结果表明,在换能器谐振频率ft处,声透镜中心径向振幅仅为厚度振幅的7.9％,径向振动得到有效抑制,这有助于提高换能器电声转换效率.     

高指向性声频声源中PVDF膜换能器的阻抗匹配

根据参量阵原理,可以设计出能够发射高指向性可听声的声频声源。相比于传统的压电陶瓷换能器,利用具有特定结构的聚偏二氟乙烯（PVDF）膜作为超声换能器,可以解决困扰高指向性声源输出功率低的问题。研究了PVDF膜超声换能器的电学和声学特性,并据此提出了一种阻抗匹配方法,且经过实验验证,以使得电声转换效率获得了有效的提高。