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穿单孔型宽频带夹心式换能器

胡静  
【摘要】:宽频带换能器在民用和军用上都有着广泛而又重要的应用,因此寻求拓宽换能器的频带有着重要的现实意义。近年围绕拓宽换能器的频带,中外声学工作者进行了大量的探索,提出了不少提高换能器带宽的方法,这些方法都各有其特点。 本文将对传统的前盖板为喇叭型的夹心式压电换能器结构进行改进,从简单易懂的等效机电线路出发,首先建立起特殊结构的喇叭型穿孔前盖板的等效线路,进而推导出穿单孔换能器等效线路,由此得到穿单孔换能器的共振频率方程,并得到穿孔尺寸与共振频率的关系;推导出在同一参考面穿孔换能器的等效质量、等效电阻的表达式,进一步得到换能器的机械品质因数和带宽的表达式,得到穿孔尺寸与这些参数之间的关系,从而设计出宽频带换能器。最后,设计、加工换能器进行实验验证,实验结果与理论计算符合比较好。 本论文的研究内容及创新点主要有以下几个方面: 1、穿单孔型宽频带夹心式换能器其结构上的新颖之处在前盖板上:它是在传统的喇叭型夹心换能器的前盖板上穿一喇叭孔。从变截面杆的机电等效电路出发,对此结构的等效网络进行推导,得到了前盖板的机电等效电路。最后,将穿单孔型夹心式换能器各组件的机电等效电路前后级联就得到整个换能器的等效线路图。 2、从穿单孔型夹心式换能器的整体等效线路出发,将换能器看为两个1/4波长的振子,得出穿孔换能器的共振频率方程;参考面取晶堆终端截面时,推导出了穿单孔型宽频带夹心式换能器的等效质量和等效机械阻,进而得到换能器机械品质因数Q_m和频带宽Δ_f的表达式。 对未穿孔的喇叭型夹心式换能器进行了相应的分析和推导,以便对其进行比较。 3、计算分析了前盖板穿不同尺寸的孔时,孔尺寸与频带宽及影响换能器频带宽的各参量的关系曲线。由这些曲线可知:换能器的谐振频率随着孔径的增大而增大,孔径不变时,随着孔深的增加谐振频率先增加后减小;等效质量是随着孔径的增大而减小,孔径不变时,随着孔深的增加先减小后增大;晶堆终端的负载阻随着孔径的增大而减小,随着孔深的变化负载阻变化较复杂;机械品质因数随


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