水声宽带换能器匹配技术研究

论文摘要

换能器宽带匹配问题是水声发射系统中的关键技术之一。通常发射换能器的阻抗随频率变化的特性很难用解析式表达,使宽带匹配网络的设计和实现十分困难。论文主要包括水声发射机的设计、宽带匹配网络的设计和实验验证三个方面。论文根据实验需要设计制作了水声发射机,对发射机电路原理进行了分析并对电路结构进行了改进,各种主要性能指标达到使用要求。论文介绍了宽带匹配的基础理论和宽带匹配设计模型。通过两个设计实例对宽带匹配模型进行验证,证明了模型的可行性。用实频数据法设计制作了某水声发射换能器的宽带匹配网络,并用遗传算法对匹配网络的参数进行了优化计算,得出参数结果。对设计出的匹配网络进行仿真,仿真结果与理论计算相符合。利用阻抗分析仪测得换能器匹配前后的电抗值,通过实验结果看出设计的宽带匹配网络对减小换能器的虚功和提高系统的的匹配效率有一定改善。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究的目的
• 1.2 水声功率放大器
• 1.3 宽带匹配技术
• 1.4 论文内容及结构
• 第2章 宽带匹配理论
• 2.1 前言
• 2.2 双端口网络
• 2.2.1 散射参量
• 2.2.2 通过功率增益函数实现 LC梯形网络
• 2.3 博德—范诺—尤拉宽带匹配理论
• 2.3.1 博德理论
• 2.3.2 范诺理论
• 2.3.3 尤拉定理
• 2.4 综合设计法
• 2.5 本章小结
• 第3章 水声发射机的设计
• 3.1 概述
• 3.2 发射机的设计要求和设计指标
• 3.3 水声功率放大器的设计步骤
• 3.3.1 D类功率放大器的设计
• 3.3.2 信号驱动电路设计
• 3.3.3 电源电路的设计
• 3.4 功放性能测试
• 3.5 本章小结
• 第4章 宽带匹配网络设计
• 4.1 前言
• 4.1.1 宽带匹配网络模型的建立
• 4.1.2 对上述过程的几点说明
• 4.2 模型验证仿真
• 4.2.1 低通匹配网络的设计
• 4.2.2 带通匹配网络的设计
• 4.3 宽带换能器匹配网络的设计
• 4.3.1 遗传算法简介
• 4.3.2 构造代价函数及算法的实现
• 4.3.3 算法仿真计算
• 4.4 感性换能器匹配网络设计
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录