高频宽带发射换能器的研制-海洋科学.PDF

高频宽带发射换能器的研制 ΤΗΕ ∆ΕΣΙΓΝ ΟΦ ΗΙΓΗ2ΦΡΕ ΥΕΝΧΨ ΩΙ∆Ε2ΒΑΝ∆ ΤΡΑΝΣΜΙΤ2 Θ ΤΙΝΓ ΤΡΑΝΣ∆ΥΧΕΡ 王清池 厦门大学海洋系 关键词 径向振动 厚度振动 换能器 耦合 在水声领域中 宽频带换能器是一个极其重要的 能器 袁易全 年 利用有限长压电薄圆管的径 ∀ ! 研究方向 许多学者利用压电陶瓷圆柱各种振动模式 长耦合设计宽频带发射换能器 上述学者均是对低频 ∀ ∀ 的耦合研究设计出各种类型的宽带换能器∀ 年采用开口式压电陶瓷圆管 利用液柱共振频率 福建省自然科学基金资助项目 号 ∀ 与圆管径向共振频率相耦合设计宽带自由溢流式换 收稿日期22修回日期22 ≥∂ 实验与技术 ∞÷°∞∞× ×∞≤≠ 宽带换能器进行研究 在作者承担的利用超声波辐射 式中 为压电陶瓷的轴向声速 ∀ Χ ∀ 提高海水鱼类精子受精能力的研究课题中需要应用 径长耦合振动 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 采用在电场作用下 激发 径向极化薄壁压电陶瓷圆管的厚度振动模式和径向 振动模式的谐波 利用这两种振动模式相耦合 得到 高频较宽的频率响应和均匀的水平方向性∀ 振动模式的分析 径向极化薄壁压电陶瓷圆柱在电场激励下 可 激发轴向 径向 厚度等振动模式 工作于哪种振动模 ! ! 式取决于圆柱型压电陶瓷的尺寸设计∀ 径向振动模式 圆柱的径向振动由圆柱的平均半径 和材料特 α 性决定其径向的谐振频率为 工作频率与轴向本征频率相同时则产生轴向谐振 同 ∀ 式中α为圆柱的平均半径, Ψ∞ 为压电陶瓷的 理 当外加工作频率与径向本征频率相同时 则产生 弹性模量Θ为压电陶瓷材料密度,Χ为压电圆柱的 径向谐振∀ 径向声速∀ 由 式可知 圆柱径向振动的谐振频率与圆柱 的平均半径成反比∀ 厚度振动模式 压电陶瓷圆柱薄壁厚度振动模式的反谐振频率 为 式中 Χ 为压电陶瓷圆柱薄壁厚度方向的声速 δ