环形复合宽带弯张换能器研究

A broadband cylindrical flextensional transducer is proposed, of which several traditional flextensional transducer units are assembled to form a cylindrical piezoelectric structure. In order to study the interaction mechanism between different vibration modes of the broadband transducer, vibration characteristics and the matching of different piezoelectric structures are to be analyzed. By coupling of different vibration modes of the transducer, broadband and high power characters can be achieved. The Equivalent Circuit Method and the Finite Element Method are combined to model the transducer, and a prototype is to be developed with expected performance, such as the -3dB bandwidth 800Hz—2500Hz, and the source level higher than 210dB.

提出一种新型宽带弯张换能器，采用多个弯张模块拼合成圆环结构，构成一种多晶堆激励的多自由度振动系统。旨在利用该新型结构探索宽带换能器多模耦合的作用机理，重点开展换能器结构振动特性及刚度匹配等关键问题的研究工作，探讨利用多模态耦合技术实现换能器大功率和宽带性能。采用等效网络与有限元模型相结合的方法对换能器进行优化设计，研制换能器样机并实现宽带和大功率特性：-3dB工作频带800Hz—2500Hz，声源级大于210dB。

多模耦合是实现换能器宽带性能的重要技术手段，目前三阶以上的多模态超宽带换能器设计仍然具有较大难度，主要技术难点是在实现超宽带发射性能的同时保证响应的平坦性和大功率发射性能。本课题提出一种新型的环形复合宽带弯张换能器结构，采用多个弯张模块沿圆周方向拼合成复合圆环，形成一种多自由度振动系统。为了探讨换能器多模耦合的基本工作机理，重点开展了换能器的机电等效网络推导和模态振动特性的研究工作。研究了多模换能器设计中模态分布和结构刚度匹配等问题，有效实现了换能器各阶模态间的振动耦合。研制换能器样机并进行实验测试，实测换能器样机工作带宽1.3kHz—4.5kHz，带内起伏4.5dB，最大声源级达到210dB左右，初步具备了超宽带大功率的发射能力。