金属压电陶交瓷双层复合弯曲振动换能器的研究

【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。