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。     

压电复合材料宽带横波换能器的实验研究

本文用实验方法研究了２－２压电复合材料的厚度切变特性，定性地给出了２－２压电复合材料的性能与ＰＺＴ相体积百分比，以及与共振频率牟关系。并用这种材料作为换能元件，制作出高灵敏度窄脉冲横波换能器。     

面切变压电复合材料及其换能器

本文通过控制压电相在压复合材料中的分布工，把四块完全相同的等腰直角三角形２－２型压电复合拼材料拼接起来，四个直角顶点位于晶片的中心，     

高频宽带嵌套式复合材料换能器

研制了一种嵌套式高频宽带复合材料换能器,利用1-3型压电复合材料Q值较低、频带较宽的特点,采用组合式的结构拓展换能器的工作带宽。通过切割框型压电陶瓷、灌注环氧树脂得到压电复合材料框型敏感元件,再将不同厚度的框型敏感元件沿轴向嵌套从而制成多层嵌套的压电复合材料敏感元件。建立1-3型压电复合材料中压电小柱的等效电路,根据等效电路计算出压电小柱的谐振频率,并与1-3型压电复合材料的谐振频率理论计算结果进行对比。通过ANSYS软件对敏感元件结构进行仿真,并根据仿真结果确定了敏感元件的最佳设计方案。最终制作出的换能器进行水下测试,该换能器的谐振频率为310 kHz,最大发送电压响应为188.5 dB,-3 d B带宽可达130 kHz,接收灵敏度最大可达-186.8 dB,-3 dB带宽可达90 kHz,谐振频率处-3 d B的指向性开角约为2.4°。该嵌套式敏感元件可实现换能器宽带发射与接收声波的目标。     

水声换能器研究新进展

文章综述了几种典型结构水声换能器近些年的新发展,包括:弯张换能器、圆柱面辐射型换能器、纵向换能器等等,主要介绍这些结构类型水声换能器的设计新思想和多方面优化改进的新成果。     

压电复合材料换能器

压电复合材料是将压电陶瓷与聚合物材料按一定的连通方式、一定的体积百分比和一定的空间分布复合而成的。它可以提高材料的某些压电性能,并具有常用压电陶瓷材料所没有的某些优良性能。在过去的十几年中材料研究者们做了大量工作并取得实用性进展。     

1-3型压电复合材料非均匀振动换能器的研究

通过调整１－３型压电复合材料换能器中压电相的分布，可以控制换能器辐射面上振动幅度和相位的分布，从而获得具有特殊性能的声场。     

检测超声换能器用1-3型压电PZT/环氧复合材料及换能器的研究

本文介绍了一种制做1—3型压电 PZT/环氧复合材料的新方法.此方法采用了PZT小柱非周期性均匀分布,有效地消除了由于PZT小柱周期性分布而产生的有害横向结构共振模式,获得了振动模式较单纯的1—3型压电复合材料晶片,研制出宽带(低Q)换能器及高斯型换能器.     

对2-2型压电复合材料横波换能器产生的纵波特性的研究

在固体测量中，横波换能器所产生的波列中常伴随有纵波，认识纵波产生的原因可以解释横波测试中出现的现象，以及抑制纵波提供有效的方法，本文利用实验研究的方法，用一对纵波偶极子换能器的对比实验，分析了２－２型压电复合材料厚度切变换能器产生纵波的机理，发现这是一种伴随着晶片厚度切变振动而产生的“偶极子”纵波，并由此解释了这种纵波的伴随性，频率特性及其首波与横波首波位相相反等问题。     

矩形扭转压电换能器的研制

本文从压电和机械振动等基本理论出发，首次较系统地建立了矩形扭转压电换能器的理论，推导出频率方程，并通过实验进行了验证。     

Effects of the transducer dynamics in underwater acoustic communication

The inter-carrier interference (ICI) of Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) symbols, which is caused by the transducer’s dynamics, has been analysed and simulated in this paper. The small Cyclic Prefix (CP) method is proposed to overcome the ICI caused by the transducer in order to maintain the orthogonality between sub-carriers without much loss of the energy and the bandwidth efficiency. The simulation results show that the small CP whose length is longer than the transient response of the transducer can eliminate the ICI problem.     

An analytical method for the electro-acoustic performance of the underwater transducer

A finite element-Helmholtz integral hybrid method has been developed to calculate the electro-acoustic performance of a finite length cylindrical transducer immersed in water. The numerical study concerned with electrical impedances and beam patterns of the transducer is presented. Experimental data are shown to support the numerical study.     

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。     

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。     

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。     

Modeling of a high frequency ultrasonic transducer using periodic structures

Solidly mounted integrated transducers with a Bragg cell inserted between the piezoelectric film and the substrate are investigated for high frequency ultrasonic applications. A numerically stable recursive one dimensional transmission/reflection model was used to analyze the behavior of the periodic structure. This theoretical analysis includes the study of the influence of the acoustic properties of the constitutive layer, the effect of the number of cells and their arrangement. A 35 MHz integrated transducer consisting in a PZT ceramic laid down on a Au/PZT Bragg cell deposited on a porous substrate was fabricated and characterized. Both theoretical and experimental results highlight the interest of using a periodic structure for high frequency ultrasonic applications.     

基于水声传感器网络的多路径协同多跳通信研究

针对水声网络高误码、大时延的特点,借鉴提出了一种多路径协同多跳通信协议,该协议通过多路径、多节点的协同多跳中继通信以及冗余判决,来完成网络中端对端的远程数据传输。通过数值仿真试验分析表明:与普通的点对点直接通信和单路径多跳中继通信方式相比,此协议具有低误码、高能效的特点(距离与能量相同时,误码率低一至两数量级;限定误码率时,每比特能耗降低一个数量级),能够减少数据重发几率,提高网络的通信效率和工作寿命,特别适于水声传感器网络应用。     

压电换能器的动态匹配

本文用合振荡的原理对太电换能器的匹配问题进行了分析，提出了一种关于匹配的新概念－动态匹配，强调了效率在匹配中的重要性。     

Helmholtz水声换能器弹性壁液腔谐振频率研究

针对传统Helmholtz水声换能器设计中刚性壁假设的局限性,将Helmholtz腔体的弹性计入到液腔谐振频率计算中,实现低频弹性Helmholtz水声换能器液腔谐振频率精确设计.基于细长圆柱壳腔体的低频集中参数模型,导出了腔体弹性引入的附加声阻抗表达式,得到了弹性壁条件下Helmholtz水声换能器等效电路图,给出了考虑了末端修正的弹性壁Helmholtz共振腔液腔谐振频率计算公式.利用ANSYS软件建立了算例模型,仿真分析了不同材质、半径、长度时的Helmholtz共振腔液腔谐振频率.结果对比表明弹性理论值与仿真值符合得很好,相比起传统的刚性壁理论计算结果,本文的弹性壁理论得出的液腔谐振频率值有所降低,与真实情况更加接近.本文的结论可以为精确设计低频弹性Helmholtz水声换能器提供理论支持.