長軸加長型稀土彎張換能器研究.pdf

1、近幾十年來，隨著基于聲學(xué)的海洋監(jiān)測技術(shù)、反潛技術(shù)、水下遠(yuǎn)程通信的發(fā)展，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)水聲換能器的低頻、寬帶、大功率發(fā)射成為各國學(xué)者的研究重點(diǎn)。IV型彎張換能器具有低頻、大功率、小尺寸的發(fā)射特點(diǎn)，是常見的低頻聲源之一。但是 IV型彎張換能器的寬帶發(fā)射是一個(gè)問題。多模態(tài)耦合方法是水聲換能器實(shí)現(xiàn)寬帶的主要手段之一。稀土超磁致伸縮材料具有低聲速、高能量密度、高機(jī)電耦合系數(shù)的特點(diǎn)，是繼壓電材料后，又一應(yīng)用于水聲換能器的主要有源材料，有助于實(shí)現(xiàn)低頻、大

2、功率。本文設(shè)計(jì)了一種長軸加長 IV型彎張換能器，降低膜振動模態(tài)頻率，通過一階彎曲振動模態(tài)和膜振動模態(tài)耦合實(shí)現(xiàn)寬帶特性；并且使用稀土超磁致伸縮材料Terfenol-D為驅(qū)動材料，提高發(fā)射功率。
　　本文首先介紹稀土彎張換能器的發(fā)展概況，以及稀土超磁致伸縮材料的工作特點(diǎn)。對比壓磁方程、壓電方程得到壓磁-壓電比擬法的基本原理，應(yīng)用這種方法實(shí)現(xiàn)用ANSYS有限元軟件對稀土換能器的仿真。然后利用ANSYS有限元軟件建立換能器空氣中、水中有限

3、元模型，分析長軸加長換能器振動模態(tài)、發(fā)射電流響應(yīng)等聲輻射特性，優(yōu)化出換能器基本尺寸結(jié)構(gòu)。參考揚(yáng)聲器領(lǐng)域的磁路分析，通過理論計(jì)算得到換能器振子中的磁場強(qiáng)度，并且應(yīng)用ANSYS電磁分析功能進(jìn)行驗(yàn)證。設(shè)計(jì)的換能器工作帶寬為1.3kHz~2.7kHz，最大發(fā)射電流響應(yīng)級179dB。最后對換能器進(jìn)行預(yù)應(yīng)力分析，并制作、加工長軸加長稀土 IV型彎張換能器樣機(jī)各元件。裝配后進(jìn)行水池測試。實(shí)驗(yàn)測得換能器樣機(jī)工作頻率為1.05kHz~2.2kHz，最大發(fā)