一种镶拼圆环换能器宽频带应用研究

摘要

为了实现小口径无人水下航行器(UUV)的低频声发射,进一步降低发射换能器在航行器中的体积、质量占比、拓宽换能器可用频带,研究了一种适用于小型UUV的薄壁镶拼圆环换能器.考虑小型UUV对换能器尺寸、质量的限制,通过理论公式与有限元软件ANSYS相结合的方法,分析了镶拼圆环高度参数变化对换能器电声性能的影响;合理设计了圆环高度,实现了圆环径向呼吸振动模态与高度方向弯曲振动模态耦合,达到了拓宽频带的目的.采用薄壁设计以降低质量及空间占用,并通过模态分析阐述了该换能器在谐振频率以下频带内的振动形式及声性能特点.根据仿真优化结果,制作了换能器样机.经测试,换能器在5.5～33 kHz工作频段内,发送电压响应带内起伏约为±4 dB,仿真与实际测试结果基本吻合.带内声源级大于173 dB;低频段500 Hz～1 kHz频带内声源级大于144 dB,具备一定的低频声发射性能.文中工作可为实现小口径UUV换能器的低频、宽频带声发射提供参考.