高频水声换能器匹配层技术研究

在复杂的海洋环境中,为提高对目标的探测效果以获得更多的信息,高频声呐常需要更宽的工作频带.首先,通过声透射原理对不同匹配层材料进行选取与设计;其次,通过有限元仿真对不同匹配层换能器的透射系数、电导谱和发送电压响应展开了分析计算;最后,在理论分析、解析计算和有限元仿真计算的基础上成功研制了单层、双层和三层匹配层高频宽带水...     

水声宽带换能器匹配技术研究

低频宽带大功率换能器是现代水声发展的一项关键技术。换能器与功放匹配是宽带大功率水声发射的关键技术之一,本文对一种宽带大功率匹配匹配网络进行了设计分析,通过该匹配网络可改善宽带匹配效果,同时拓宽工作频带。文中还给出了一台功放驱动两只宽带换能器的匹配网络。     

带声匹配板的Tonpilz压电水声换能器

1.引 言 宽带大功率水声换能器由于具有优良的脉冲响应特性,且能够接收和发射各种信号,它已不仅是高分辨力声纳的关键部件,而且已成为水下通信系统必不可少的关键部件。 本文所述的换能器是附加有声匹配板的Tonpilz换能器(Tonpilz换能器即串并联电路机械模拟换能器—译注),它是根据多模式滤波器合成理论设计的。我们用这种方法     

压电水声换能器宽带匹配特性研究

采用等效电路变换和多物理场有限元仿真计算进行压电水声换能器宽带匹配特性研究,得出不同匹配电路下的换能器电声性能的变化规律,合理选择电感电容值和串并联方式进行调谐匹配实现双峰谐振,一方面提高换能器的工作带宽,另一方面提高工作频率范围内的发送电压响应值并减小工作频带内响应值的起伏,依照仿真数据设计制作了一款球形换能器,采用串联电感进行调谐匹配,并测试调谐匹配前后的水中电声性能,对比匹配前后换能器性能的差异。结果表明,测试结果和仿真计算吻合,运用多物理场仿真计算手段对于预测分析水声换能器电声性能具有较好的指导意义。     

高频宽带换能器多匹配层研究

在水声应用中,高频换能器往往需要较宽的工作带宽,以获得更多的目标信息。文章首先建立了等效电路模型,利用粒子群算法对匹配层材料和厚度进行初步选定,使得换能器具有最宽的工作频带;其次,通过有限元方法对匹配层换能器的导纳和发射电压响应进行分析计算;最后,在理论分析的基础上成功制得三匹配层高频宽带换能器,其工作频段约为150～430 kHz,相对带宽为93%,带内发送电压响应起伏为-6 dB。实验结果表明,三匹配层设计方案可以有效拓宽高频换能器的工作频段。     

高频宽带换能器研究

主要研究高频换能器的匹配层技术,通过匹配层技术拓宽换能器的频带,首先利用等效电路法分析高频匹配层换能器,其次通过Matlab仿真分析匹配层材料的密度、声速、厚度变化对换能器电声参数性能的影响,进而对其电声性能进行优化设计,最终制作出一高频宽带换能器。通过实验测得结果与仿真结果基本一致,实验测得换能器的最大发送电压响应为178dB,工作频带为260～370kHz,带内发送电压响应起伏为-3dB,300kHz时换能器指向性-3dB开角为6．5°。     

聚氨酯密对高频换能器声性能影响的实验研究

水声换能器，小型水声换能器基阵的水密工艺有注油压力平衡密封，透声橡胶硫化密封以及真空结构密封等，近年发展使用的聚氨酯浇注密封，具有工艺简单，耐水性能高等优点，而广受欢迎，同时发现，采用聚氨酯浇封后对水声换能器声学性能会产生一些影响，特别是高频水声换能器，设计人员往往为之不能接受，意见纷纭，本文一方面以充分的实验数据阐述了聚氨酯密封对换能器性能产生的不可忽视的变化，同时又以有力的实验数据阐明了只要水声换能器设计合理，聚氨酯换能器性能影响可减低到最小，本文笔者认为聚氨酯密封得推广，但工艺尚须进一步改进。     

PMNT及其在水声换能器中的应用

本文阐述了弛豫铁电单晶PMN-PT、PZN-PT材料的性能特征及其在国内外水声领域应用的现状和发展趋势。并利用上海硅酸盐研究所提供的PMN-PT元件设计制作了单晶纵振换能器、厚度模换能器及加速度计。通过对PMNT换能器性能测试数据的分析，得到了一些较有意义的结论。     

换能器的匹配

关于换能器的匹配层阻抗值的选择，已有三种计算公式。由于三种公式所计算的阻抗值有较大差异，为了比较，以选择合理的匹配层阻抗值，本文用Ｍａｓｏｎ等效电路直接计算换能器的频带及波形，比较了用三种公式所得阻抗值匹配的换能器的状态。并计算了匹配层厚度对换能器波形的影响。计算结果与实验结果吻合很好。可为匹配层材料及厚度的选择提供理论依据。     

用电容匹配法消除接长缆后换能器的频率漂移及阻抗改变

本文分析了高频换能器接电缆后产生谐振频率漂移及阻抗改变的原因,并利用电路理论提出了电容匹配方案。计算了匹配电容抵消谐振频率漂移及阻抗改变的效果。实践证明方案切实可行。为高频基阵解决此类问题提供了理论依据。     

一款高频弧形换能器

多波束图像声纳广泛应用于水下工程实施、浅海地貌测绘、蛙人和水雷等水下小目标的探测识别,高频弧形换能器是多波束图像声纳的重要组成部分,用于发射高频宽波束声波.通过理论公式计算了宽波束高频弧形换能器的指向性图,分析了指向性特征：主波束内存在连续的震荡起伏,震荡幅度由中心向两侧逐渐增大,在波束边缘处出现最大值,波束中心幅值比最大值减小1~2 dB左右.采用1-3型压电复合材料,研制了一款宽波束发射的高频弧形换能器,换能器谐振频率为440 kHz,最大发送电压响应为162 dB,-5 dB水平开角为107o,-3 dB垂直开角为26o,可应用于多波束图像声纳.     

宽频带换能器电匹配网络设计方法

宽带大功率换能器是现代水声发展的一个重要方向,换能器与功放间的匹配也是其关键技术之一。文中从换能器负载阻抗复角与功放管耗散功率及电源供电效率的关系入手,结合窄带阵元串联或并联调谐方法的特点,确定了适合宽带阵元电匹配网络的电路形式。并针对研制的宽带换能器进行了大功率发射试验,取得了较为满意的结果。     

高频换能器功率疲劳分析

压电陶瓷元件因疲劳破坏而失效是造成高频发射换能器损坏的重要原因之一。以一款高频换能器为例分析了换能器功率疲劳现象和压电陶瓷功率疲劳机理;针对高频换能器水中阻抗与空气中阻抗比较接近的特点,设计了空气中大功率发射以加速复现功率疲劳的实验方法,制作了实验样机;实验较好地复现了电导值下降、发送电压响应下降的功率疲劳故障现象,验证了发射功率是换能器功率疲劳的主要因素。当发射功率较大时,散热环境是诱发功率疲劳的重要因素。为避免换能器产生功率疲劳,必须重视发射功率、工作环境和散热情况;发射功率越大对工作环境散热要求越高。     

超声换能器环氧树脂-氧化铝匹配层研究

匹配层对超声换能器的性能起着至关重要的作用,寻找合适的匹配层材料是换能器设计中的关键步骤。提出了一种基于环氧树脂-氧化铝复合材料的匹配层材料。首先,测试了不同配比的环氧树脂-氧化铝复合材料的声学性能,对比了其声学特性,并确定了材料的最佳配比。其次,研制了相应的换能器,分析该匹配层对换能器性能的影响,通过脉冲-回波方法测试了其性能参数。最后,基于四分之一波长匹配层原理对匹配层的厚度进行了优化。结果显示,环氧树脂中加入质量分数为 60%的氧化铝粉末的匹配层对换能器的改善效果最佳,该方案减小了换能器接收回波的拖尾,接收回波的幅值提高至 1 136 mV(+104%),-6 dB带宽达到 49.679%(+107%)。结果表明,氧化铝-环氧树脂混合材料可以提升换能器的声学性能,是较为理想的匹配层材料,在高频超声换能器的设计与应用中具有很好的应用前景。     

声波测井压电换能器多频点阻抗匹配技术研究

针对声波测井压电换能器的多频点阻抗匹配技术展开研究,首先采用多模态等效电路精确描述了换能器的导纳特性;然后通过分析多模态阻抗匹配理论,设计电感-电容复合阻抗匹配网络,并结合换能器等效电路进行参数优化和电路仿真。实验表明,相比于换能器没有阻抗匹配的测试结果,该阻抗匹配技术可大幅提高换能器在谐振频率附近多个频率处的有功功率,频带内的有功功率平均提高了30倍,从而改善换能器的激励带宽和激励效率,提高测井仪器的适应性、探测深度和分辨率。     

Technology for long cable erection of a thousand meter scale cable stayed bridge

In the background of the constrction of Su-tong Yangtze River bridge, the cable construction method and techniques of a thousand-meter scale cable-stayed bridge are introduced. Some key construction techniques, such as outspreading cable on deck, installing cable at pylon, pulling and fixing cable at the attachment with decks and cable PE protection, are discussed.