低频Ⅵ型弯张小尺寸声源研究

摘要

当前的水声装备呈现出越来越明显的向低频发展的趋势,水声装备对于低频声源的需求也正变得越来越迫切。低频声源在平台使用时往往对声源的体积和重量有比较苛刻的要求,所以能工作于低频的小尺寸的声源技术是当前换能器领域研究的热点之一,本文一方面研究了一种新型的小尺寸的Ⅵ型弯张换能器单元的设计与制造,并成功研制出了相应的换能器单元样品;另一方面将小型Ⅵ型弯张换能器单元应用于组合式MPS声源系统的设计,研究了构造更低工作频率声源的方法。
　　在小尺寸的换能器单元的研究方面,本文对当前主要的低频发射换能器技术展开了深入调查和研究,选择了Ⅵ型弯张换能器作为本文的研究对象。在换能器单元设计方面充分借鉴了当前较热门的Cymbal型Ⅴ型弯张换能器的设计思路,并对Ⅵ型弯张换能器的结构进行了大胆的改进。研究建立了基于非等厚弯张壳体的参数化模型,小型Ⅵ型弯张换能器壳体的结构形式基本都能通过参数调节来实现,这为该类型换能器的设计和结构优化创造了便利条件。在换能器驱动源的设计方面采用压电陶瓷拼镶圆环取代纯压电陶瓷圆环,有效地解决了以往元件对Ⅵ型弯张换能器在尺寸和制造工艺方面的限制,使得换能器不仅在性能方面有明显的提高、而且更加便于低频声源的设计和制造。对小型Ⅵ型弯张换能器的制造工艺进行了研究,并设计研制了若干个小型Ⅵ型弯张换能器单元样品,换能器单元直径100mm、厚度35mm、重量不到1kg,对其性能进行了测试,单元工作频率3.5kHz,发送电压响应级125dB左右,工作电压900V时声源级181dB以上。对换能器单元进行了水压试验,换能器单元能够经受10MPa以上的高静水压而不受损伤,表现出卓越的深水适应性。研究过程表明本文是对小型Ⅵ型弯张换能器设计和制造的一次较为成功的探索研究。
　　在组合式低频声源的研究方面,参考加拿大超电公司组合式MPS声源的设计思路,将所研制的4个小型Ⅵ型弯张换能器单元近距离组合使用,利用换能器单元之间的互作用,形成一个新的低频声源系统,这个声源系统的工作频率明显低于单元的工作频率,当换能器单元间间距为0.8mm时,该组合式声源的工作频率降低至2kHz以下,远低于单元的工作频率,研究的4单元组合式声源系统在1700Hz加565V电压时声源级181dB以上。
　　本文的研究表明,组合式声源技术是利用小尺寸发射换能器单元构建小尺寸低频声源的灵活而有效的手段,本文所研制的小型Ⅵ型弯张换能器单元本身体积小巧、低频声学性能和深水工作性能优良,并能够用于组合式MPS声源的设计,以制造更低工作频率的低频发射声源。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 小尺寸低频声源是水声领域重要研究方向

1.3 换能器功能材料发展现状

1.4 当前主流低频发射换能器

1.5 本文主要内容

第2章 小型Ⅵ型弯张换能器单元及声源设计

2.1 内凹Cymbal结构的小型Ⅵ型弯张换能器

2.2 小型Ⅵ型弯张换能器单元的设计思路

2.3 用拼镶圆环作为小型Ⅵ型弯张换能器单元的驱动元件

2.4 小型Ⅵ型弯张换能器采用非等厚弯张壳体的设计

2.5 小型Ⅵ型弯张换能器的结构及其参数化模型

2.6 小型Ⅵ型弯张换能器设计过程与分析

2.7 小型Ⅵ型弯张换能器单元设计方案

2.8 本章小结

第3章 换能器的样品制作与性能测试分析

3.1 小型Ⅵ型弯张换能器单元的研制

3.2 小型Ⅵ型弯张换能器单元性能测试与分析

3.3 四单元组合式MPS声源性能测试

3.5 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢