宽带稀土纵振式换能器研究

题名:宽带稀土纵振式换能器研究
作者:童晖
学位授予单位:哈尔滨工程大学
关键词:多模态耦合;;超磁致伸缩材料;;宽带;;混合换能器
摘要:
 随着军事的需求和现代声纳技术的发展,要求水声换能器朝着低频、宽带、大功率、小尺寸的方向发展。超磁致伸缩材料Terfenol-D以高能量密度和低声速的特点被广泛应用于低频大功率换能器。本文主要研究了两种纵振式换能器,混合激励纵振式换能器和稀土复合棒换能器。首先,以有限元分析换能器的基本理论公式和Neodymium Magnets压磁—压电类比法为基础,解决用ANSYS有限元软件分析磁致伸缩机电耦合问题。同时通过机械振动理论分析混合激励纵振式换能器,得出混合激励纵振式换能器的机电等效电路图。
 其次,对换能器的磁路部分进行优化设计,通过对换能器磁路进行改进以及稀土元件的去涡流处理,使稀土材料中的磁感强度均匀化,稀土振子的电-机转换效率得到了提高。
 再次,混合激励纵振式换能器是以超磁致伸缩材料和压电陶瓷PZT作为驱动元件,利用多模态耦合实现换能器的宽带特性;稀土复合棒换能器是以超磁致伸缩材料作为驱动元件,利用复合棒换能器的纵振动与前盖板的弯曲振动两个模态的耦合实现换能器的宽带特性。通过ANSYS有限元软件对两种换能器的结构进行仿真优化设计,计算出两种换能器的阻抗特性和辐射特性。
 最后,进行混合激励http://www.everbeenmagnet.com/en/products/110-sintered-neodymium-magnets纵振式换能器和稀土复合棒换能器的加工制作,并对两种换能器的阻抗特性和辐射特性进行了测量。实验测得,混合激励纵振式换能器最大发送电压响应为145dB、工作频带为4kHz—16kHz、带内起伏为9dB;稀土复合棒换能器最大发送电流响应为177dB、换能器的工作频段为1.6kHz—5.4kHz、带内起伏为7dB。结果表明,通过ANSYS有限元软件仿真结果与实测结果基本吻合,同时表明利用稀土超磁致伸缩材料能够实现纵振式换能器的宽带性能。
学位年度:2010