压电及其它功能器件

３压电及其它功能器件９５０２８压电聚合物膜水听器频响的理论分析─—ＮａｋａｍｎｒａＹ．ＪＡｃｏｉｉｓｔＳｏｒＪｐｎ１９９３；４９（１０）：６９７～７０４从数字上分析了圆接收面和衬底材料为圆筒状的压电聚合物膜水听器的频率响应，由于水听器衬底材料上感生的...     

空气背衬压电圆管和压电球壳耐压性能研究

为了解决大深度水听器的耐压问题,对空气背衬压电圆管和压电球壳换能器的强度与稳定性失效进行了理论计算,并使用有限元仿真软件对其进行结构静力仿真和特征值屈曲仿真。计算和仿真结果表明,空气背衬压电圆管和压电球壳自身具有相当的耐压性能,可以用于制作耐压3 km以上的大深度水听器。随后制作了1个直径?30 mm、厚3 mm的压电球壳水听器,并通过了30 MPa耐压测试。最后采用有限元仿真法研究了高静水压对压电圆管和压电球壳换能器灵敏度的影响。仿真结果显示,高静水压会导致压电圆管和压电球壳换能器灵敏度损失,且静水压越高,灵敏度损失越快。     

封装对超细型DFB光纤激光水听器性能的影响(特邀)

对超细型DFB光纤激光水听器探头封装进行了研究。通过有限元方法建立了封装结构理论模型,探讨了影响超细型光纤激光水听器频率响应与灵敏度起伏之间的因素,在灵敏度、频响一致性等指标间找到了平衡点。最后,制作了光纤激光水听器,直径6 mm,长度55 mm,灵敏度-130 dB,100 Hz~2 kHz灵敏度响应起伏4 dB,通过测试验证了理论分析和仿真的符合性。     

采用快速压电陶瓷调频元件提高染料激光器的频率稳定度

研究了压电陶瓷腔镜及其支架的机械共振,抑制了支架的本征振动,并设计了快速频响压电陶瓷腔镜,其最低共振频率为125kHz,对380-A.染料激光器进行了稳频,使其线宽减少到300kHz(p-p)。     

压电扬声器的后腔设计与实验

鉴于压电扬声器本身频响起伏较大,通过设计带吸声绵的多孔型薄层后腔,对其频响进行了改善,消除了带内较大的起伏。针对后腔封闭、开单孔、开多孔、开多孔但部分孔封闭、加吸声海绵等情况,分别对其频响进行仿真分析,并在全消声室内进行测试实验,基于测试结果,找到了较好的后腔设计方案。     

一种压电单晶矢量水听器的性能建模与分析

针对加速度型矢量水听器在低频段灵敏度偏低问题,根据铌锌酸铅-钛酸铅(PZN-PT)压电单晶的性能特点,设计了一种双悬臂梁结构压电单晶矢量水听器。建立了有限元模型,对矢量水听器的振动模态和接收性能进行了仿真计算,重点分析了几个主要材料和尺寸参数对水听器自由场灵敏度的影响。理论计算表明,采用压电单晶PZN-PT的矢量水听器经优化后其灵敏度可达-190 dB@250 Hz,与压电陶瓷PZT-5A的水听器相比,灵敏度提升了15 dB以上。     

压电薄膜振动传感器灵敏度与频响标定研究

近年来,压电薄膜振动传感器发展十分迅速,已被广泛应用于结构健康监测、医疗电子、加速度、器件振动等测量。该文针对压电薄膜振动传感器的性能检测,设计了一套以可调频激振台作为核心的压电传感器灵敏度与频响特性标定装置。振动信号由可调频激振台提供,标准压电传感器与自制传感器同步进行振动测试。测试结果表明,该装置可方便地实现对被测传感器灵敏度和频率响应特性的标定。标定系统整体设计简单,操作方便。同时系统体积小,稳定性高,测量误差小,便于对各种类型的压电振动传感器进行检测,具有很强的实用性和广阔的发展空间。基于该系统对自制压电薄膜传感器性能的标定,研究了压电薄膜传感器灵敏度的影响因素。     

380A染料激光器的稳频

用外腔稳频方案对380A染料激光器进行稳频,调频元件采用压电陶瓷,有效地抑制了其与底座的机械共振,使频响提高到kHz,电路单位增盖宽为30kHz。激光器频率波动从几十MHz_(P_P)下降300kHz_(P_P)。     

基于铒镱共掺分布布拉格反射式光纤激光器的有源光纤水听器声压灵敏度

对基于铒镱共掺分布布拉格反射式光纤激光器(DBR-FL)的有源光纤水听器进行了研究.制作了腔长为8 cm的铒镱共掺DBR-FL,在抽运功率为50 mW时,激光器的输出功率达到0.263 mW;采用带法拉第旋镜的迈克尔逊干涉仪和相佗载波(PGC)解调方案,解调出施加在铒镱共掺DBR-FL有源光纤水听器的声信号,并通过与标准压电水听器对比得到声压灵敏度;对单频信号进行多次测量,声压灵敏度的波动小于±0.6 dB;测量了80 Hz到2.5 kHz频率范围的响应曲线,除125 Hz,200 Hz和250 Hz三个频点外,声压灵敏度已达到或超过部分文献报道中干涉型光纤水听器的灵敏度;与基于DFB-FL的有源光纤水听器做了对比测试,结果表明频率响应不平坦是未对水听器进行封装和测试系统引起的.     

DFB光纤激光水听器预应力理论与实验研究

为了研究预应力对分布反馈式(DFB)光纤激光水听器水声探测性能的影响,建立了双膜片结构DFB光纤激光水听器声压灵敏度与预应力关系的理论模型,运用有限元软件ANSYS仿真分析了水听器动态性能与预应力的关系,加工制作了不同预应力作用下的DFB光纤激光水听器原型样品,并在消声水池对其进行了实验研究。实验结果表明,随着预应力的增加,DFB光纤激光水听器的频率响应趋向平坦,当预应力引起的水听器出光波长变化量增大到400 pm时,水听器在2.5~10 k Hz频率范围内的声压灵敏度为136.8 d B±0.3 d B,而预应力继续增大时,水听器的频率响应曲线变化非常小,这与理论分析和仿真结果都吻合较好。     

基于超材料结构的悬臂梁水听器设计

悬臂梁水听器可在谐振频段接收低频水声信号,相比传统水听器,其不仅能提升灵敏度,还可获得更优越的探测性能,在海洋工程领域具有广阔的应用前景。该文基于声学超材料设计了一种新的悬臂梁水听器,研究了声学超材料的负等效原理及材料参数对谐振频率的影响,获得了降低悬臂梁水听器谐振频率的方法。在此基础上分析了单纯铜梁、三层铜-橡胶梁、五层铜-橡胶梁的一阶固有频率,并结合实际使用需求选用三层复合结构完成超材料悬臂梁水听器的设计。仿真分析结果表明,在相同尺寸情况下,该文设计的水听器比传统悬臂梁水听器具有更低的谐振频率。     

基于层合梁结构的弛豫铁电单晶矢量水听器

为了满足低频高灵敏度声矢量接收需求,提出并研制了一种具有层合梁结构的弛豫铁电单晶二维同振型矢量水听器。矢量通道分别由两个正交的单晶层合梁加速度传感器组成,其中层合梁结构是通过在金属悬臂梁中引入阻尼层形成。通过有限元仿真分析了层合梁结构中单晶层厚度、阻尼层杨氏模量等参数对谐振频率及加速度灵敏度的影响。研制了多种加速度传感器及矢量水听器样品,相关测试结果表明,在材料上,所提出的单晶传感器比压电陶瓷具有更高的灵敏度;在结构上,层合梁矢量水听器比金属梁具有更低的谐振频率和谐振峰,在声压灵敏度及指向性凹坑方面均有3 dB的性能优势。     

压电圆管水听器灵敏度的温度稳定性研究

针对水听器的温度稳定性问题,该文研究了一种压电圆管水听器在环境温度变化时灵敏度的变化规律。通过圆管水听器在低频时自由场电压接收灵敏度计算公式,分析了温度对水听器的主要影响因素,并基于热力学理论分析计算了水听器灵敏度随温度的变化规律。实测了一种圆柱形压电陶瓷的电容随温度的变化,以及该压电陶瓷在不同包覆材料下的电容和灵敏度随温度的变化情况,并比较分析了其与理论值的差异。结果表明,水听器灵敏度与温度负相关,水听器电容与温度正相关,与理论分析一致。理论值与实际测量值的差异主要是由水听器表面包覆材料本身热膨胀特性及其声阻抗的温度特性导致。     

Excitation of piezoelectric device through resonant helical coil antenna-like structure

A resonant helical coil antenna-like structure has been explored for wireless excitation of piezoelectric devices. The basic idea behind this wireless excitation of piezoelectric device is electromagnetic resonance along with piezoelectric resonance. The analytical studies reveal that the maximum excitation occurs in the piezoelectric device when the operating frequency of the system coincides with its mechanical resonant frequency. It has been seen that the intensity of piezoelectric stimulation depends on the frequency of operation, air gap, relative position, electric load, and the generated electric field strength by the helical coil antenna-like structure. The analytical results are verified with the measured experimental results, and are found to be in well agreement. By adopting this proposed wireless excitation system the free actuation of the piezoelectric devices can be enabled as opposed to the confined motion for various potential applications.     

细长型光纤激光矢量水听器设计与仿真分析

针对细长型矢量水听器阵列的需求,提出了一种基于曲折梁的细长型光纤激光矢量水听器高灵敏度换能结构.根据弹性力学与振动理论,给出了该结构的灵敏度和谐振频率,并与现有的一些结构进行了对比,归纳出影响灵敏度与谐振频率的关键因素,探讨了在不降低谐振频率的前提下提高灵敏度的方法.建立了该曲折梁结构的三维ANSYS有限元仿真模型,由...     

基于COMSOL Multiphysics超声波电机的谐振特性分析

基于COMSOL Multiphysics对超声波电机压电振子谐振特性进行了理论分析,建立了超声波电机压电振子的实体模型,仿真计算出了压电振子的谐振频率,确定超声波电动机的最佳工作频段,提出了电机与驱动电路匹配方法.试验结果表明:当对压电振子施加幅值为100 V的激励电压后,软件分析和数学计算基本一致,可见仿真分析方法的可行性,为研究超声波电机谐振特性提供了一种简便的计算方法.     

基于有限元方法的超声波仿真研究

针对超声波传播的瞬态问题,提出了一种基于多物理场耦合仿真方法。分别对超声波在流体、各向同性材料、各向异性材料中传播的问题以及压电材料作为声源的问题进行了仿真,并与理论结果进行了对比,结果表明该方法能够较好的仿真超声波传播的问题;在各向异性材料中,不同传播方向的波速不同,某一传播方向纵波速度高,则该方向横波传播速度低,反之亦然;压电材料作为声源时,激励电信号频率与压电材料谐振频率相同或接近时,产生的超声波杂波较少,因此激励电信号频率的选择应该以压电材料的谐振频率为参考。     

一种甚低频PVDF压电内贴复合圆管水听器的研究＊

一种新型PVDF压电内贴复合圆管水听器巳研制成功。它具有耐高静水压、灵敏度高及加速度响应低等优点,宜在水下拖曳线阵中使用。文中提出的理论公式与实验数据相符。