宽带纵向换能器研究

【摘要】：随着水声技术的发展,要求水声换能器朝着低频、宽带、大功率的方向发展。而对于众多换能器中的纵向换能器,如何获得更宽带宽,仍然是各国学者研究努力的方向。 本文主要研究了两种结构形式的纵向换能器,一种是采用新型结构形式的空腔式前盖板纵向换能器,由于其结构能产生多种模态,利用多模态耦合而实现换能器更宽频带工作；另一种采用传统经典的Tonpilz换能器结构形式,利用Tonpilz换能器的纵振模态和前盖板的弯曲振动模态耦合实现宽带发射。 首先,利用经典的等效电路法对Tonpilz换能器进行了理论分析。其次,利用ANSYS有限元分析软件对两种换能器进行分析,研究了结构尺寸对换能器宽带性能的影响,并对换能器的结构尺寸进行优化,由此确定了样机的结构尺寸。利用软件计算了两种换能器的阻抗特性和辐射特性。最后,制作了Tonpilz换能器和空腔式前盖板纵向换能器,测量了两种换能器的阻抗特性以及水中的辐射特性。 实验测得,Tonpilz换能器在15kHz-31kHz的频带内工作,最大发送电压响应为150.7dB,带内起伏5.5dB；空腔式前盖板纵向换能器最大发送电压响应为148.9dB,工作频带为4.5kHz-14kHz,带内起伏9dB。结果表明,ANSYS有限元软件仿真结果和测量结果基本相符。