水声换能器

摘要： 论文针对军事与民用领域,基于水声通信的基本要求,设计制作并使用了谐振频率为300kHz的水声换能器,设计制作了该水声换能器的发射与接收电路,采用双边带调制的方法实现了水下模拟语音通信。最终在自主设计的实验测试平台上测试该系统,经试验,论文制作的水下模拟语音通信系统可成功实现可以清晰分辨语音的实时水下语音通信。

摘要： 为了拓展换能器带宽和实现换能器水平方向上全向发射,本文研制了一种圆柱状高频宽带水声换能器,同时开发了压电敏感元件曲面成环新工艺。该换能器采用压电复合材料作为有源材料,三环轴向叠堆产生模态耦合和添加匹配层的方式拓展换能器的带宽。利用ANSYS有限元仿真确定了不同敏感元件圆环的尺寸。通过切割-浇注-曲面成环等工艺制备出内半径不同、外半径相同的压电复合材料圆环,并将不同壁厚的圆环通过轴向叠堆制作成换能器。测试结果表明:该换能器-3 dB频带范围为330~430 kHz,带宽达100 kHz,最大发送电压响应为163.4 dB,水平指向性开角为360°。

摘要： 针对宽带宽波束换能器实现问题,该文在已有换能器结构基础上提出了一种同轴对置结构实现水平径向360°的宽波束覆盖的新方法。采用有限元法对比分析了已有结构和两种对置结构换能器的发送电压响应(TVR)和指向性。结果显示,当障板尺寸为Φ100 mm×7 mm,换能器和障板的对置距离为4 mm。12~19 kHz时,新结构水平径向波束宽度为360°,水平径向TVR>138 dB,换能器实现了径向高TVR和宽工作带宽。

摘要： 水声通信在海洋科学研究及海洋开发中发挥着非常重要的作用。水声换能器是水声通信设备中负责电声转换的重要部件。本文通过分析总结水声换能器的专利技术发展趋势和发展脉络,梳理其中的核心专利技术,在这些研究内容的基础上,结合我国加强海洋强国建设顶层设计、推动海洋强国建设,阐明水声换能器技术在未来发展中面临的机遇与挑战。

摘要： 水声换能器设计时需考虑结构尺寸及电声特性等因素限制,快速找到最优设计方案对设计人员非常重要。该文介绍了一种水声换能器参数化优化的设计方法。首先利用ANSYS软件APDL参数化设计语言建立换能器参数化模型,然后将换能器参数化模型导入ANSYS Workbench平台,通过设置输入变量和输出变量给出优化约束条件和优化目标,选择合适优化算法后程序自动进行优化计算,并给出最优设计结果。结果表明,该方法可在换能器参数范围内求解最优方案,同时也能大幅提高设计人员的优化效率。

摘要： 研制了一种嵌套式高频宽带复合材料换能器,利用1-3型压电复合材料Q值较低、频带较宽的特点,采用组合式的结构拓展换能器的工作带宽。通过切割框型压电陶瓷、灌注环氧树脂得到压电复合材料框型敏感元件,再将不同厚度的框型敏感元件沿轴向嵌套从而制成多层嵌套的压电复合材料敏感元件。建立1-3型压电复合材料中压电小柱的等效电路,根据等效电路计算出压电小柱的谐振频率,并与1-3型压电复合材料的谐振频率理论计算结果进行对比。通过ANSYS软件对敏感元件结构进行仿真,并根据仿真结果确定了敏感元件的最佳设计方案。最终制作出的换能器进行水下测试,该换能器的谐振频率为310 kHz,最大发送电压响应为188.5 dB,3 dB带宽可达130 kHz,接收灵敏度最大可达186.8 dB,3 dB带宽可达90 kHz,谐振频率处3 dB的指向性开角约为2.4◦。该嵌套式敏感元件可实现换能器宽带发射与接收声波的目标。

摘要： 圆管型换能器是水声中常见的一种发射换能器。为拓展工作频带,工程上可通过改进电端,将压电圆管与密绕线圈相串联来激发电路谐振,从而增加带宽,但有限元仿真中压电元件和电磁线圈无法直接耦合在一起。因此,针对圆管-线圈耦合换能器的仿真分析难度较大,该文提出了一种压电-电磁混合有限元仿真方法,通过在压电模型中增加电路接口,利用电磁仿真提取线圈的电感和电阻值,并赋予电路接口中相应元件,使压电元件和电磁线圈耦合在一起,进而实现整体性能仿真分析。仿真与实测结果显示二者物理规律相吻合,验证了所提出仿真方法的有效性。

摘要： 针对海底固定基座安装应用环境的水声换能器防海生物附着需求,分析了海生物生长环境特点及生活习性,介绍了水声换能器防治海生物附着的常用方法,从建立不利于海生物生存生长环境的角度,提出了在水声换能器外部人为采取包敷、涂防海生物漆等综合性的防海生物附着措施.将有关方法和工艺措施应用在近海区域水下固定安装的水声换能器上,可使水底高频430 kHz探测声呐的声换能器稳定检测信号达3年以上,应用实践验证了文中方法的有效性.

摘要： 针对海底固定基座安装应用环境的水声换能器防海生物附着需求,分析了海生物生长环境特点及生活习性,介绍了水声换能器防治海生物附着的常用方法,从建立不利于海生物生存生长环境的角度,提出了在水声换能器外部人为采取包敷、涂防海生物漆等综合性的防海生物附着措施。将有关方法和工艺措施应用在近海区域水下固定安装的水声换能器上,可使水底高频430 kHz探测声呐的声换能器稳定检测信号达3年以上,应用实践验证了文中方法的有效性。

摘要： 针对水声通信对带宽的需求,研制了一种金字塔型宽带平面水声换能器.该换能器采用四层纯压电陶瓷块嵌套的方式,实现了带宽的拓展.采用ANSYS有限元软件对单层压电陶瓷和金字塔模型敏感元件进行仿真,得到单层陶瓷块谐振频率随元件厚度的变化规律,并根据仿真结果确定了四层压电陶瓷敏感元件的最优尺寸.将根据最优尺寸设计的四层敏感单元进行嵌套,制作成金字塔型换能器.测试结果表明,金字塔型换能器带宽达到57 kHz,最大发射电压响应为165.8 dB,接受灵敏为-180.7 dB,可以有效扩展带宽并具有很高的灵敏度.

摘要： 为考察电荷放大器对压电式水声换能器测量的影响,通过电荷放大器转换后采集和数据采集卡直接采集的水声声压信号实测实验数据的比对分析,表明受水声换能器线缆的分布电容较大和数据采集卡输入阻抗相对较小等因素影响,数据采集卡直接采集压电式水声换能器信号会对信号的幅值和相位产生影响,且在低频段影响较大,进而给出在各类常见海洋水声应用中的考虑因素和使用建议.

摘要： 水声换能器的低频性能测试是一个难题,互易原理提供了一种解决该难题的途径.本文提出了一种低频水声换能器的力声互易测试方法.基于力声互易原理,设计了一种半潜入式的力声互易装置,通过力电互易实验,验证了该装置在水中具有良好的互易性质.利用该装置在有限水域中测试了一款低频水声换能器的辐射特性.测试结果与自由场法测试结果在600～1000Hz具有良好的一致性,说明了该方法的有效性.该力声互易装置可测频率的下限大约是100Hz,极大地降低了复杂声场环境中水中低频声源的测试下限,因此具有重要的工程应用价值.

摘要： 由于水声换能器及基阵一般是在远场条件下工作,为了检验水声换能器及基阵的性能参数,一般需要在自由场远场条件下进行测量.为了开展水声换能器及基阵性能的各项声学性能测试与研究,需要选择合适的测试水域,并对测量声场进行设计与分析,以便准确顺利地开展相关试验.基于待测量设备的实际情况以及需要开展的测量内容,最终选择了测试水域并对测量声场进行了设计与布置.实际试验结果表明,对试验水域的选择以及测量声场布置的设计能够较好地应用于水声换能器及基阵的实际测量工作中.

摘要： 本文针对水声换能器的互易校准法,提出了一种在混响水池中采用空间平均法进行校准的方法.通过测定混响水池的混响时间确定混响场的互易常数,在测量允许的下限频率以上,声源发射单频连续信号,将发射换能器和接收换能器在混响区域内进行空间平均,得到相应电学参量,进而计算得到待测互易换能器和待测水听器的接收灵敏度,通过对水听器校准结果与其出厂自由场校准结果进行对比,测量误差不超过1.4dB,A类不确定度不超过0.13dB,由此证明了该方法的可行性.

摘要： 本文设计了一种形状类似于悠悠球的宽带圆管型水声换能器,该换能器由三组不同尺寸的压电陶瓷圆管沿轴向排列组成,每组换能器的工作频带不同,三组压电陶瓷圆管的发射声场互相叠加形成换能器在较宽范围内的发射电压响应.通过建立了换能器的有限元模型,对换能器的近场声压级,导纳特性,和声场指向性进行了分析,并通过优化各个圆管的厚度与高度,以及各圆管之间的距离,实现了工作带宽在14kHz-131kHz的范围,发射响应级起伏为12.7dB的实现了超宽频带换能器的设计.

摘要： 随着水声信号处理技术的飞速发展,需要从换能器获得的信息量越来越大,而换能器的频带越宽所能获取的信息量就越大,因此要求水声换能器向宽频带方向发展.将目前热点研究的纵向振动换能器结构形式和换能器新型有源材料稀土超磁致伸缩材料加以结合,提出一种多谐振稀土纵向振动换能器,通过理论分析,并应用ANSYS有限元软件仿真计算,实现换能器的小尺寸化,达到大功率超宽带发射的工作性能.

摘要： 针对水声功率发射机因换能器宽带匹配出现的幅频特性不均衡问题,采用预失真处理技术,利用STM32F4处理器的DAC直接合成4FSK编码信号,在信源上对不同频率信号的强度进行校正,再配合D类线性功率放大器的增益自适应调整,使不同频率的FSK编码信号满足宽带内各频点幅值均衡的要求,从而实现换能器宽带匹配的进一步优化.

摘要： 针对水声功率发射机因换能器宽带匹配出现的幅频特性不均衡问题,采用预失真处理技术,利用STM32F4处理器的DAC直接合成4FSK编码信号,在信源上对不同频率信号的强度进行校正,再配合D类线性功率放大器的增益自适应调整,使不同频率的FSK编码信号满足宽带内各频点幅值均衡的要求,从而实现换能器宽带匹配的进一步优化.

摘要： 针对水声功率发射机因换能器宽带匹配出现的幅频特性不均衡问题,采用预失真处理技术,利用STM32F4处理器的DAC直接合成4FSK编码信号,在信源上对不同频率信号的强度进行校正,再配合D类线性功率放大器的增益自适应调整,使不同频率的FSK编码信号满足宽带内各频点幅值均衡的要求,从而实现换能器宽带匹配的进一步优化.

摘要： 针对水声功率发射机因换能器宽带匹配出现的幅频特性不均衡问题,采用预失真处理技术,利用STM32F4处理器的DAC直接合成4FSK编码信号,在信源上对不同频率信号的强度进行校正,再配合D类线性功率放大器的增益自适应调整,使不同频率的FSK编码信号满足宽带内各频点幅值均衡的要求,从而实现换能器宽带匹配的进一步优化.

摘要： 本申请揭示了一种水声换能器性能测试方法及水声换能器，属于水声测量技术领域。该方法包括：在将水声换能器下水之前，在水声换能器已去污后的辐射面涂覆水溶性涂料；对辐射面涂覆有水溶性涂料的水声换能器进行干化处理；在水声换能器干化处理后，将水声换能器放入水中预定深度位置。本申请通过将水声换能器的辐射面涂覆有水溶性涂料，形成完整的漆膜，置于水中漆膜慢慢吸水、溶胀最后溶解，不会影响换能器的性能，还能让辐射面快速充分浸润形成水膜，极大节约了浸泡时间，省略了重复清洗、打水等步骤。

摘要： 本发明提供一种双激励换能器的频带展宽电学方法及双激励水声换能器，换能器包括依次设置的前盖板、前压电晶堆、中间质量块、后压电晶堆和后盖板；前、后压电晶堆由压电陶瓷与电极片交错混合堆栈而成，前压电晶堆通过螺杆安装在所述前盖板与中间质量块之间，后压电晶堆通过螺杆安装在所述后盖板与中间质量块之间，所述第一电阻R1通过正极引线串联在所述后压电晶堆上，所述第二电阻R2通过正极引线串联在所述后前电晶堆上；利用电阻的分压作用使前后压电晶堆所承担电压减小，降低前后压电晶堆所控制的谐振频率处的发射电压响应值，使得工作频带内的发射电压响应起伏减小，实现了双激励换能器工作频带的展宽，且整体结构及制作工艺简单。

摘要： 本申请揭示了一种水声换能器性能测试方法及水声换能器，属于水声测量技术领域。该方法包括：在将水声换能器下水之前，在水声换能器已去污后的辐射面涂覆水溶性涂料；对辐射面涂覆有水溶性涂料的水声换能器进行干化处理；在水声换能器干化处理后，将水声换能器放入水中预定深度位置。本申请通过将水声换能器的辐射面涂覆有水溶性涂料，形成完整的漆膜，置于水中漆膜慢慢吸水、溶胀最后溶解，不会影响换能器的性能，还能让辐射面快速充分浸润形成水膜，极大节约了浸泡时间，省略了重复清洗、打水等步骤。

摘要： 本发明公开了一种基于单片机和水声换能器的水声通信方法，属于水下无线传感器网络通信技术领域，主节点在换能器每次开启时发送一个超声波脉冲，用定时器控制换能器打开关闭的时间间隔将信息进行类MFSK调制；主节点采用不同于其它信息位的载波频率广播节点信息获取信号；子节点捕获超声波脉冲并解调；子节点按照节点编号数值依次返回基本信息；主节点采用不同载波频率分别传递节点缓存区清空位、编号信息、字符信息、字符停止位和信息停止位，然后子节点将信息传递给上位机；本发明在水下通信过程中充分发挥水声换能器的性能，传输信号强度大，抗干扰能力强，传输距离远，完成较大数据包的传递和多节点通信，且编码方式更灵活。

摘要： 本发明提供一种双激励换能器的频带展宽电学方法及双激励水声换能器，换能器包括依次设置的前盖板、前压电晶堆、中间质量块、后压电晶堆和后盖板；前、后压电晶堆由压电陶瓷与电极片交错混合堆栈而成，前压电晶堆通过螺杆安装在所述前盖板与中间质量块之间，后压电晶堆通过螺杆安装在所述后盖板与中间质量块之间，所述第一电阻R1通过正极引线串联在所述后压电晶堆上，所述第二电阻R2通过正极引线串联在所述后前电晶堆上；利用电阻的分压作用使前后压电晶堆所承担电压减小，降低前后压电晶堆所控制的谐振频率处的发射电压响应值，使得工作频带内的发射电压响应起伏减小，实现了双激励换能器工作频带的展宽，且整体结构及制作工艺简单。

摘要： 本发明涉及一种水声换能器电磁干扰屏蔽方法，所述电磁干扰屏蔽方法中利用以聚酰亚胺膜为绝缘层的柔性印刷电路板代替导电浆料作为“导电夹心层”中的导电层，且电磁干扰屏蔽方法基于水声换能器的结构展开，包括如下步骤：第一次灌注聚氨酯；固化后，粘接；第二次灌注聚氨酯，待其固化。本发明所述的一种水声换能器电磁干扰屏蔽方法，其中制成使用的柔性印刷电路板(FPC)，不需要在覆铜上蚀刻出电路，所以其绝缘层上的覆铜是完整的，这层完整的铜箔与换能器金属壳体进行电气连接以实现电磁屏蔽；同时与导电浆料涂层相比，FPC的这种电气连接的可靠性和鲁棒性要远优于前者，这样就解决了使用导电浆料而产生的电气连接的不稳定问题。

摘要： 本申请公开了一种超宽带水声换能器及控制方法，水声换能器包括：信号源，用于产生音频信号；驱动源，与所述信号源的输出端连接，用于产生可调制脉宽的电压；放电电极，与所述驱动源连接，用于产生电弧生成等离子体通道，将所述音频信号叠加到所述可调制脉宽的电压上，激励等离子体通道界面振荡，产生水声信号辐射；伸缩机构，与所述放电电极连接，用于稳定所述放电电极。本申请提供的超宽带水声换能器具有超宽带宽、结构简单的特点。

摘要： 本发明提供了一种可在线测温的水声换能器，主要包括换能器外壳、若干个布拉格光纤光栅温度传感器、测试光纤和水密插座，所述的布拉格光纤光栅温度传感器固定于换能器内部待测表面，布拉格光纤光栅温度传感器尾部引出测试光纤，测试光纤通过水密插座穿出换能器与波长解调设备相连接，构成测试光路。本发明的有益效果为：解决了水声换能器工作时内部温度未知的问题，可用于为验证、分析、优化换能器热性能提供技术支撑，也能避免换能器因温度过高而损坏的风险。本发明可在线测温的换能器具有适用性广、温度检测精度高的特点。

摘要： 本实用新型属于水声换能器领域，具体是一种宽波束水声换能器及含该换能器的水声收发装置，所述宽波束水声换能器包括外固定架和两个相同结构的换能单元，两个相同结构的换能单元呈同轴镜像对置并固定在外固定架内；两个相同结构的换能单元的辐射头之间的距离可调。所述水声收发装置包括上述的宽波束水声换能器以及设置在换能单元上呈圆周排列的水声接收阵。本实用新型可应用于水下AUV或UUV导航、水声通信、水下探测、勘探、水声对抗、海洋信息获取等领域。

摘要： 本实用新型涉及一种隔断非水声振动的水声换能器，属水声测量技术领域。水声换能器由一个锥面、长杆、的锥孔座、左卡箍和右卡箍组成，长杆装有锥面，锥面的锥角与锥孔座的锥孔度尺寸匹配，锥孔座固定在水下壳体上，左卡箍固定在水面壳体上，右卡箍通过连螺栓与左卡箍活动连接，在锥面外表面上有橡胶层；在左卡箍和右卡箍内壁的圆弧面上有橡胶层。锥面外表面的橡胶层厚度为10mm，左卡箍和右卡箍内壁圆弧面的橡胶层厚为12mm。水声换能器采用水上、水下两个支点位置加装橡胶层结构方式，从而隔断或阻断部份船体或浮标体的振动噪声，减小非水声噪声对使用中的水声换能器测量精度的影响；降低换能器工作时摆动的影响，不需要水下潜水员作业。