高频宽带发射换能器的研制

在水声领域中 ,宽频带换能器是一个极其重要的研究方向。许多学者利用压电陶瓷圆柱各种振动模式的耦合 ,研究设计出各种类型的宽带换能器。Ｍｃｍａｈｏｎ１９６４年采用开口式压电陶瓷圆管 ,利用液柱共振频率与圆管径向共振频率相耦合设计宽带自由溢流式换能器。袁易全１９８３年 ,利用有限长压电薄圆管的径、长耦合设计宽频带发射换能器。上述学者均是对低频宽带换能器进行研究。在作者承担的利用超声波辐射提高海水鱼类精子受精能力的研究课题中 ,需要应用水平方向性均匀、高频宽频带发射器。为此 ,通过合理地设计换能器的结构尺寸 ,采用…     

匹配层高频宽带水声换能器研究

为了获取更多的水下信息,提高声呐的探测和识别能力,设计高频宽带换能器是极为重要的。 匹配层技术是拓宽换能器带宽的有效方式。从理论上对匹配层拓宽换能器带宽的机理进行了分析,并利用数值计算和有限元仿真分析了匹配层对换能器性能的影响。结果表明：随着匹配层层数增加,换能器的谐振峰数目增加,峰与峰之间通过耦合能够实现拓宽带宽的效果。通过有限元仿真指导制成中心频率为 187.5 kHz 的双匹配层宽带换能器,其最大发送电压响应为 150.3 dB,–3 dB 带宽为 145 kHz。     

声波对海洋生物影响实验中换能器的研制

本文介绍利用圆柱形换能器水平无方向性和换能器的近场波束特性，采用压电陶瓷圆柱的径向振动和壁厚振动不同振动模式，设计适宜于声波对海洋生物影响实验使用的换能器。     

水声换能器

用来在水中进行声电或电声转换的器件。将电信号转换成声信号向水中发射的称“发射换能器”;将接收到的水声信号转换成电信号的称“接收换能器”,又称“水听器”。这种转换通常是利用某些材料的压电效应、磁致伸缩和电致伸缩特性来实现的。在每种情况下,施加某频率的交变电场或磁场就能引起换能器材料在相同频率下的机械振动。与水接触的换能器把类似的振动传送给水而引起声波向外发射。当振动声压引起材料的机械运动,材料又产生一个电压,这个电压被放大,然而在表头上读出并记录下来,或通过扬声器播放出来。用作压电换能器的常用材料…     

防振锤对深水导管架圆管风致涡激振动抑制研究

研究了阻尼防振锤对深水导管架圆管风致涡激振动的抑制。建立了防振锤动力学模型,分析了防振锤的动力学特性;将在建深水导管架圆管简化为固支梁,建立了结构有限元模型,通过瞬态分析计算了圆管的振动幅值;在圆管中部添加防振锤,分析了防振锤对圆管振动的抑制效果;进行了现场测试,对比了数值模拟和实际测试管道的振动响应。研究表明,文中设计的防振锤可以有效地抑制圆管的涡激共振;数值模拟结果与测试结果非常接近,验证了数值分析方法的有效性。     

多孔结构换能器等效质量的计算方法

利用多孔结构增加换能器频带宽度,是换能器设计方面的一个新的理论问题。本文指出,换能器辐射块钻孔引起等效质量的减少,是导致频带变宽的主要原因。 对园台形辐射块钻孔的换能器,用一般解析法求其振速分布是困难的。本文采用有限元方法求其振速的数值解,并算出了换能器的等效质量及带宽变化。该计算方法同样适用于辐射块前端或中间沿轴向钻孔的复合式和夹心式压电换能器等效质量的计算。     

利用压电效应进行水下声能量收集的研究

为了解决水下低功耗无人设备的供能问题,给出了一种针对水下航行设备所发射特定频段的水声信号进行捕获和能量收集的方法。对方法中所涉及的能量收集器进行了数学建模与仿真分析,证明方法的理论可行性。最后基于仿真结果与设计参数对系统进行试验设计,发现水声信号在 400 Hz,186 dB 时,采用 30 mm×40 mm 的单涂层压电陶瓷可以产生最大输出电压,为 2.69 V。使用能量收集器对该能量进行收集储存,测得其最大输出功率为 315 nW,证明该方法切实可行。     

多孔结构换能器等效质量的计算方法

利用多孔结构增加换能器频带宽度，是换能器设计方面的一个新的理论问题。本文指出，换能器辐射块钻孔引起等效质量的减少，是导致频带变宽的主要原因．对园台形辐射块钻孔的换能器，用一般解析法求其振速分布是困难的。本文采用有限元方法求其振速的数值解，并算出了换能器的等效质量及带宽变化。该计算方法同样适用于辐射块前端或中间沿轴向钻孔的复合式和夹心式压电换能器等效质量的计算。     

用1-3压电复合材料设计低旁瓣水声换能器

报道采用 1 - 3压电复合材料设计低旁瓣换能器的方法 ,可使单个换能器获得低于 -2 5d B的旁瓣级从而显著优化波束。该方法以 1 - 3压电复合材料为换能材料 ,在设计过程中通过控制换能器的辐射面的形状来对换能器实现窗函数加权 ,达到控制波束的目的。本文举例阐述设计方法 ,所提供的实验数据证明了本方法的工程可行性 ,并与国外同类典型产品进行性能比较     

多维耦合振动复合压电振子的设计

运用表观弹性法,采用二次径向谐振频率计算表观弹模量,设计高度与直径可比拟,谐振频率不满足压电晶片和金属圆片最低径向谐振频率方程的多维耦合振动复合电振子。用本方法设计垂直探鱼仪的换能器和提高优质单胞藻饲料多不饱和脂肪酸含量的超声辐射仪换能器。计算结果表明,理论与值与实验值相符合。这种方法简单,方地压电晶片的径向谐振频率低于换能器揩能器谐振频率的多维耦合振动复合压电振的设计。     

夹心型水声换能器的温度稳定性

本文从理论上分析了影响夹心型水声换能器温度稳定性的主要原因。提出了采用温度稳定性较好,谐振频率及温度系数较小的压电陶瓷,并在压电陶瓷圆片和钢片之间设置缓冲层,进一步改变换能器的结构,从而提高了夹心型水声换能器的温度稳定性。     

HJ-82-1型检波器及海上地震拖曳线阵的研制

本文描述了一种用于海上地震勘探的新型检波器的结构与原理,以及用它构成的拖曳线阵的性能,检波器由一个压电陶瓷圆管和两片压电陶瓷片组成,它有较高的声接收电压灵敏度,较低的加速度灵敏度,一定的抗压能力和较宽的频带,用这种检波器组装了几道等间距拖曳线阵。测试表明,该阵比国外同结构形式的拖曳线阵的声接收电压灵敏度提高一倍。     

导管架圆管风致涡激振动对总体疲劳性能的影响

研究了在建阶段导管架圆管发生风致涡激振动对整体疲劳性能的影响。建立了圆管动力学模型,分析了圆管的动力学特性;固定系数取值0.7模拟实际工程中圆管两端的焊接约束形式,计算了圆管的振动响应;基于线性累积损伤准则和S-N曲线计算了圆管发生风致涡激振动的疲劳损伤度,并根据规范计算出圆管在位阶段的疲劳损伤度,对比总结风致涡激振动对总体疲劳性能的影响以及振动抑制措施对疲劳性能的改善。研究表明,在建阶段导管架圆管发生风致涡激振动会明显地影响圆管的疲劳特性,降低疲劳寿命,因此可以通过绑定绳索、安装防振锤等手段减少结构的疲劳损伤。     

噪声信号源超磁致伸缩换能器设计方法研究

针对以往噪声信号发射换能器在实际工作中,存在着诸多影响正常科研试验的问题,并根据噪声信号的技术要求,以及探测方式的技术特征,我们对噪声发射换能器进行了重新设计,从选用超磁致伸缩材料作为换能器的材料入手,结合国内外一些新的设计理念,从材料性能分析,到理论设计,最后到可靠性实施方法,都进行了周密细致的研究,并完成了设计全过程。测试结果和使用性能表明,达到了预期的目的,这也是该材料在国内首次应用于单只宽频水声换能器中,开创了稀土超磁致伸缩材料应用的又一个先列。     

垂直探鱼仪换能器的稳定性

本文针对“东方红3型”垂直探鱼仪换能器的性能稳定性问题,从理论上分析了影响换能器性能稳定性的主要因素,并提出了改进的方案。采取对压电陶瓷进行温度加速老化,降低粘合剂的固化温度,加预应力螺杆提高压电陶瓷的抗张强度等措施。经过大量实验证明这对提高垂直探鱼仪换能器的性能稳定性是行之有效的,从而大大地提高了垂直探鱼仪换能器的成品率。     

深水压电换能器电声性能的研究

本文通过电换能器的等效机电图,根据压电陶瓷材料的有关参数随压力的变化关系,研究了深水压电换能器在深水高静压力下的电声性能。     

水声通讯仪换能器系统的研制

利用溢流式换能器的液腔振动和径向振动耦合原理获得较宽的频率响应;采用声反射系统使换能器在垂直方向形成高指向性,换能器的方向性能指数增加２２ｄＢ。     

一种水声换能器基阵仿真研究

文中以RDI公司生产的声相关海流剖面仪换能器基阵为例,推导了发射换能器基阵的简洁的表达式,方向图仿真结果与理论分析相一致。     

浮标式波浪能压电发电技术研究

为了实现航标等海洋监测传感网络节点利用海洋供能,提出一种新型振荡浮子式波浪能压电发电装置。首先给出波浪能压电发电装置整体机构,然后结合微幅波理论、弗汝德-克雷洛夫假定法以及压电效应理论导出在波浪力作用下压电叠堆输出负载电压曲线。在海水深度5 m、浪高0.1 m、波数为0.64的海洋环境中,取垂直绕射系数1.1,设计浮体直径2 m,计算分析浮标获得最大波浪力1 500 N,比较分析了串联和并联两种安装模式的压电叠堆发电产生的电压曲线,并联压电叠堆输出功率达到53.7μW,可以为海洋监测无线传感网络节点供能。     

基于平行双板结构的圆管尾流抑制方法研究

通过数值模拟方法对基于平行双板的圆管尾流进行抑制研究。以二维不可压缩粘性流体方程为流动控制方程,并采用稳定化流体有限元方法求解。基于数值结果,详细探讨了平行双板的安装角度和板长等关键特征参数对尾流的抑制作用和影响。数值分析发现,平行双板结构对尾流的抑制作用明显优于传统单板控制。计算结果显示,基于平行双分隔板的尾流抑制最优位置为从圆管后驻点起向上游40°~50°处,并且与单板相比,在更短板长条件下,亦可完全抑制圆管的旋涡脱落,从而尾流从非定常涡旋流转入定常流动。当安装位置为θ≥80°时,被控圆管表面压力分布与无控圆管类似,说明此时平行双板控制无减阻效应。最后,基于数值模拟结果,对本方法的尾流高效控制效应,给出了相应的流动机制。