夹心式复合变幅杆宽波束水声发射换能器

水声信号的宽波束发射技术是水声探测、通讯中重要的关键技术之一。目前同时具备宽波束和高发送响应的换能器还是一项空白。尤其是工作在中高频段的水声换能器，由于其发射的声波波长较小，要制备宽波束水声换能器则要求发射端最大尺寸远小于声波波长，这样就牺牲了换能器的发送响应等性能。然而这类换能器在水声探测中有着广泛的需求，如舰船、鱼雷用3D声源、探雷声纳、测距声纳等各种主动、被动声纳，因此宽波束、高发送响应的水声换能器是目前急待开发的水声探测器件。本项目提出了一种新型结构的换能器，它通过叠堆压电陶瓷结构和特殊设计的复合变幅杆结构，使其兼有传统叠堆晶片换能器高灵敏度和宽波束的优点，是一种应用前景较好的新型换能器。项目不仅拟研制一种新型换能器样机，而且通过研究，拟建立夹心式复合变幅杆换能器中压电振子的频率方程以及推导辐射声场的计算公式，为此类换能器的设计提供理论依据，具有理论意义和应用价值。

夹心式复合变幅杆换能器结合了夹心式换能器的大功率容量和小尺寸活塞换能器波束宽度大的特点，因此该换能器同时兼有宽波束和高发射响应的优点。应用等效电路理论分析了夹心式复合变幅杆换能器的振子振动特性，导出了换能器振子的谐振频率方程，并应用复合材料中的等效参数理论对压电晶片堆的等效参数进行了分析，得到了修正的换能器谐振频率方程。推导了有限大声障板上圆形活塞辐射声场。制备出夹心式复合变幅杆换能器样机。其性能达到如下指标：发送电压响应 151.4dB，声源级 ≥190dB，-6dB波束指向性 ≥114.1 °发射频率75kHz，带宽5.2kHz，发射端振动速度 ≥1.3mm/s（3V 周期信号激励）。