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金属压电陶交瓷双层复合弯曲振动换能器的研究

常启海  
【摘要】:长期以来气介式换能器的研究进展相对比较缓慢。由于换能器与空气的特性 阻抗相差很大,两者阻抗很难匹配,使空气换能器的辐射效率很低,严重限制了空气 换能器的应用。目前,人们采用匹配的方法有两种:一种是采用半波长的匹配层提高 空气换能器的辐射效率;另一种是采用弯曲振动形式,达到阻抗匹配以提高效率。 “金属-压电陶瓷双层复合弯曲空气换能器”是在压电送话,受话器的基础上发展起 来的。此类换能器结构简单、易于密封。同时由于电阻抗、机械阻抗低,易于和电 路、介质匹配,施加阻尼易于扩展频带,性能也相对稳定可靠。而与之有关的研究文 献只讨论了基频。本文应用变分法,系统地从理论上研究此种换能器,并为其设计提 供了理论依据。 (1)利用变分法推出一、二阶振动模式的频率方程,机电耦合系数Keff,以及它 们和形状参数的关系,并用实验进行了验证。 (2)推导出了此类换能器的远场指向性和近场声压的表达式。用计算机模拟了不同 边界条件下指向性图和近场声压变化图,与相对应的活塞式指向性图及近场声 压图相比较,结论与理论相符。 (3)应用能量法推导出了不同边界条件下薄圆板的动能在,再由薄圆板的动能可以 求出等效质量的表达式,最终由等效质量可得出等效弹性的表达式。并推导了复合 弯曲空气换能器的静态电容、机电转换系数。 (4)推出了此类换能器的辐射阻抗。用计算机绘出了辐射阻和辐射抗与形状参数的 关系曲线,并与同参数的活塞换能器的辐射阻相比较,结论与理论相符。


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