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多谐振腔宽带换能器研究

张振雨  
【摘要】: 随着声纳技术应用领域的不断扩大,军事对抗需求的日益提高,使水声换能器向低频、宽带、深水工作的方向发展。利用液腔振动的谐振腔换能器是一种典型的低频、深水发射器。 本文设计了一种多谐振腔宽带换能器,采用径向极化的压电陶瓷圆管作为激励源,激发多个液腔的振动,以多模态耦合振动的方式来拓展带宽。 多谐振腔宽带换能器的理论分析采用经典等效电路法与有限元法相结合的方式。首先,利用经典的等效电路法对亥姆霍兹谐振腔理论、压电陶瓷圆管的液腔振动理论进行分析。然后,利用有限元法对多液腔的耦合振动进行分析,在应用ANSYS有限元软件对多谐振腔宽带换能器进行分析与设计的过程中,研究了多个谐振腔结构尺寸对换能器谐振频率和发送电压响应的影响;计算了换能器的水中阻抗特性、发送电压响应等等。优化尺寸的多谐振腔宽带换能器可以在3.7-9kHz的带宽范围内工作,最大发送电压响应132dB,带内起伏为6dB。 最后,对多谐振腔宽带换能器进行加工制作,并对换能器的阻抗特性和发送电压响应进行水中测量。结果表明,利用多个谐振腔振动耦合方式可以实现宽带工作,测量结果与ANSYS软件的计算结果基本吻合。


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