宽带纵向换能器研究

论文摘要

随着水声技术的发展,要求水声换能器朝着低频、宽带、大功率的方向发展。而对于众多换能器中的纵向换能器,如何获得更宽带宽,仍然是各国学者研究努力的方向。本文主要研究了两种结构形式的纵向换能器,一种是采用新型结构形式的空腔式前盖板纵向换能器,由于其结构能产生多种模态,利用多模态耦合而实现换能器更宽频带工作；另一种采用传统经典的Tonpilz换能器结构形式,利用Tonpilz换能器的纵振模态和前盖板的弯曲振动模态耦合实现宽带发射。首先,利用经典的等效电路法对Tonpilz换能器进行了理论分析。其次,利用ANSYS有限元分析软件对两种换能器进行分析,研究了结构尺寸对换能器宽带性能的影响,并对换能器的结构尺寸进行优化,由此确定了样机的结构尺寸。利用软件计算了两种换能器的阻抗特性和辐射特性。最后,制作了Tonpilz换能器和空腔式前盖板纵向换能器,测量了两种换能器的阻抗特性以及水中的辐射特性。实验测得,Tonpilz换能器在15kHz-31kHz的频带内工作,最大发送电压响应为150.7dB,带内起伏5.5dB；空腔式前盖板纵向换能器最大发送电压响应为148.9dB,工作频带为4.5kHz-14kHz,带内起伏9dB。结果表明,ANSYS有限元软件仿真结果和测量结果基本相符。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 纵向振动换能器
• 1.3 拓宽纵向换能器频带方法
• 1.3.1 匹配层换能器
• 1.3.2 单端激励换能器
• 1.3.3 双激励换能器
• 1.3.4 纵弯耦合换能器
• 1.4 新型纵向换能器
• 1.5 论文主要研究内容
• 第2章 宽带纵向换能器理论分析
• 2.1 TONPILZ换能器等效电路分析
• 2.2 ANSYS有限元软件分析换能器的理论与步骤
• 2.3 本章介绍
• 第3章 宽带TONPILZ换能器有限元分析
• 3.1 宽带TONPILZ换能器有限元模型
• 3.2 宽带TONPILZ换能器空气中有限元分析
• 3.2.1 模态分析
• 3.2.2 空气中谐响应分析
• 3.3 宽带TONPILZ换能器水中有限元分析
• 3.3.1 水中谐响应分析
• 3.3.2 换能器的电声特性
• 3.3.3 优化换能器结构尺寸
• 3.4 本章小结
• 第4章 空腔式前盖板纵向换能器有限元分析
• 4.1 空腔式前盖板纵向换能器有限元模型
• 4.2 空腔式前盖板纵向换能器空气中有限元分析
• 4.2.1 模态分析
• 4.2.2 空气中的谐响应分析
• 4.3 空腔式前盖板纵向换能器水中有限元分析
• 4.3.1 水中谐响应分析
• 4.3.2 换能器的电声特性
• 4.3.3 优化换能器结构尺寸
• 4.4 本章小结
• 第5章 换能器的制作与测量
• 5.1 宽带TONPILZ换能器的制作
• 5.2 宽带TONPILZ换能器的测试与结果分析
• 5.2.1 空气中阻抗特性测试结果与分析
• 5.2.2 水中性能测试与结果分析
• 5.3 空腔式前盖板纵向换能器的制作
• 5.4 空腔式前盖板换能器的测试与结果分析
• 5.4.1 空气中阻抗特性测试结果与分析
• 5.4.2 水中性能测试与结果与分析
• 5.5 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