带匹配层的复合材料三圆管堆叠圆柱阵换能器

基本信息
批准号:61771060
项目类别:面上项目
资助金额:62.00
负责人:王宏伟
学科分类:
依托单位:北京信息科技大学
批准年份:2017
结题年份:2021
起止时间:2018-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:李俊宝,朴林华,仲超,李严,黄旭,张浩,郝少华,陈培敏
关键词:
压电复合材料压电传感器压电陶瓷
结项摘要

Underwater acoustic transducer is signal transceiver device for underwater detection and communications, it is underwater "radio", the band width and the beam-width is two performance indexes of the transducer, expanding the bandwidth and increasing the beam-width is always the main problem of the transducer.. to increase the beam-width, it can use cylindrical surface transducer. to extend the bandwidth of the transducer, there is the following three ways: ① using Composite materials as active materials; ②the ingenious design of sensitive element structure to produce vibration and realize multimode coupling; ③ Coating matching layer..At present, because of the limitation of the curved surface of the composite material, the existing cylindrical transducer generally uses pure piezoelectric ceramics as the active material, which directly leads to the lack of bandwidth..This project uses piezoelectric composite material as the active material, and adopts three tube of same diameter and different thickness which is stacking alone the axial, thus the multimode vibration can be produced, after that, the matching layer is coated on the external. Through the rational design of the structural dimensions of three composite circular tubes and the material mixed ingredients and thickness of the matching layer, it can realize the coupling of multiple vibration modes, so as to maximize the bandwidth of the transducer.The structure of the transducer has not been reported at home and abroad. it not only has a wider bandwidth, but also has the characteristics of large beam angle, which can make up for the shortage of the existing transducer.

水声换能器是用于水下探测和通讯的信号收发器件,是水下“电台”,频带宽度和波束开角是换能器的两个性能指标,拓宽换能器带宽和增大波束开角一直是换能器研究的主要问题。.增大波束开角可以通过采用柱型等曲面换能器实现,扩展换能器的带宽可以通过以下方式实现:①用复合材料作为有源材料;②巧妙设计敏感元件结构使其产生多模振动并实现耦合;③被覆匹配层。.目前,由于受复合材料曲面成型的限制,现有圆柱换能器一般都采用纯压电陶瓷作为有源材料,这样直接导致其带宽不足。 .本项目采用压电复合材料作为有源材料,同时在结构上采用外径相同、厚度不同的三个圆管轴向堆叠,使其产生多模振动,并在其外围被覆匹配层;合理设计三个复合材料圆管的结构尺寸和匹配层的材料配方与厚度,可使其实现多个振动模态的耦合,进而最大限度的拓宽换能器的带宽。.该结构换能器国内外未见报道,它具有较宽的带宽,同时兼有大波束开角的特点,可弥补现有换能器的不足。

项目摘要

项目以拓展带宽和增大水声换能器的水平波束开角为研究目标。通过圆柱状结构增大拓展换能器波束开角;以压电复合材料作为有源材料,采用三环轴向叠堆产生模态耦合和添加匹配层的方式拓展换能器的带宽。通过研究项目建立带匹配层的叠堆复合材料敏感元件的理论模型,推导出敏感元件谐振频率、机电耦合系数等与组成敏感元件各结构尺寸、材料配比的关系,进而得到在换能器其它性能不降的情况下,最大限度拓宽带宽的设计方案。经实验建立了换能器敏感元件的工艺流程,通过切割-浇注-曲面成环等工艺制备出内半径不同、外半径相同的压电复合材料圆环,并将不同壁厚的圆环轴向叠堆制成换能器样机。样机最大发送电压响应163.4dB(预期研究成果发送电压响应>160dB),-3dB频带范围:330kHz~430kHz(预期研究成果带宽>70kHz),在带宽工作范围内,声源级大于195dB(预期研究成果 180dB),水平指向性开角(-6db)为360°(预期研究成果指向性:水平全向)。项目研究的相关技术获得4项国家发明专利授权;研究成果发表论文16篇,其中SCI检索7篇,EI检索1篇。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

路基土水分传感器室内标定方法与影响因素分析

路基土水分传感器室内标定方法与影响因素分析

DOI:10.14188/j.1671-8844.2019-03-007
发表时间:2019
2

二维MXene材料———Ti_3C_2T_x在钠离子电池中的研究进展

二维MXene材料———Ti_3C_2T_x在钠离子电池中的研究进展

DOI:10.19964/j.issn.1006-4990.2020-0450
发表时间:2021
3

压电驱动微型精密夹持机构设计与实验研究

压电驱动微型精密夹持机构设计与实验研究

DOI:10.3969/j.issn.1004-132x.2022.11.006
发表时间:2022
4

热塑性复合材料机器人铺放系统设计及工艺优化研究

热塑性复合材料机器人铺放系统设计及工艺优化研究

DOI:10.3901/jme.2021.23.209
发表时间:2021
5

复合材料结构用高锁螺栓的动态复合加载失效特性

复合材料结构用高锁螺栓的动态复合加载失效特性

DOI:10.3969 /j. issn.1000-1093.2019.10.021
发表时间:2019

王宏伟的其他基金

批准号:30470645
批准年份:2004
资助金额:20.00
项目类别:面上项目
批准号:81471095
批准年份:2014
资助金额:73.00
项目类别:面上项目
批准号:10505026
批准年份:2005
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31270765
批准年份:2012
资助金额:90.00
项目类别:面上项目
批准号:51604142
批准年份:2016
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11075195
批准年份:2010
资助金额:45.00
项目类别:面上项目
批准号:41872205
批准年份:2018
资助金额:66.00
项目类别:面上项目
批准号:51509046
批准年份:2015
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31530018
批准年份:2015
资助金额:270.00
项目类别:重点项目
批准号:31570209
批准年份:2015
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:30870161
批准年份:2008
资助金额:26.00
项目类别:面上项目
批准号:81571519
批准年份:2015
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:30772064
批准年份:2007
资助金额:28.00
项目类别:面上项目
批准号:91543131
批准年份:2015
资助金额:76.00
项目类别:重大研究计划
批准号:31201963
批准年份:2012
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11802301
批准年份:2018
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31200982
批准年份:2012
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81000848
批准年份:2010
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11875311
批准年份:2018
资助金额:65.00
项目类别:面上项目
批准号:11475245
批准年份:2014
资助金额:96.00
项目类别:面上项目
批准号:59808013
批准年份:1998
资助金额:11.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:39870924
批准年份:1998
资助金额:11.00
项目类别:面上项目
批准号:61903072
批准年份:2019
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31270251
批准年份:2012
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:31701439
批准年份:2017
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41502184
批准年份:2015
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30170442
批准年份:2001
资助金额:18.00
项目类别:面上项目
批准号:81572671
批准年份:2015
资助金额:42.00
项目类别:面上项目
批准号:51808514
批准年份:2018
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81670126
批准年份:2016
资助金额:55.00
项目类别:面上项目
批准号:31871610
批准年份:2018
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:11602265
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51171054
批准年份:2011
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:81241014
批准年份:2012
资助金额:10.00
项目类别:专项基金项目
批准号:51108106
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61863034
批准年份:2018
资助金额:39.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:31800103
批准年份:2018
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31140003
批准年份:2011
资助金额:10.00
项目类别:专项基金项目

相似国自然基金

1

基于复合材料叠堆圆管的多谐圆柱阵换能器研制

批准号:61471047
批准年份:2014
负责人:王丽坤
学科分类:F0123
资助金额:89.00
项目类别:面上项目
2

1-3型压电复合材料圆柱形换能器研究

批准号:61102041
批准年份:2011
负责人:李莉
学科分类:F0123
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
3

超声换能器声阻抗渐变匹配层的设计与性能研究

批准号:11704249
批准年份:2017
负责人:郭菲菲
学科分类:A2306
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
4

多模宽带换能器及其基阵

批准号:61072004
批准年份:2010
负责人:王丽坤
学科分类:F0123
资助金额:37.00
项目类别:面上项目