1 杭州瑞利超声科技有限公司， 浙江 杭州 310023杭州应用声学研究所，浙江 杭州 310023
2 杭州瑞利超声科技有限公司， 浙江 杭州 310023杭州应用声学研究所，浙江 杭州 310023哈尔滨工程大学 水声工程学院， 黑龙江 哈尔滨 150001
3 杭州瑞利超声科技有限公司，浙江 杭州 310023杭州应用声学研究所，浙江 杭州 310023
针对空气耦合超声换能器存在换能器与空气介质阻抗失配，易造成电声转换效率低等问题，该文提出了一种采用空心酚醛树脂微球与环氧树脂基体研制的声匹配层，并对匹配层的声学特性进行测试与分析。测试结果表明，与空心玻璃微球匹配层相比，空心酚醛树脂微球匹配层具有声速更低及插入损耗更大的特点。基于此，该文研制了一种空气耦合超声换能器，对两只经匹配后的换能器进行测试，分析了接收信号的时域及频域特征，并与空心玻璃微球匹配层换能器进行性能对比。结果表明，与空心玻璃微球匹配层相比，采用空心酚醛树脂微球匹配层可减小换能器带内起伏，使换能器的-6 dB带宽扩展2倍以上，并在时域上减小接收信号的拖尾。
空气耦合超声换能器 空心酚醛树脂微球 环氧树脂基体 声学匹配层 有限元建模 air-coupled ultrasonic transducer hollow phenolic resin microspheres epoxy resin matrix acoustic matching layer finite element modeling
1 中国科学院 声学研究所,北京100190
2 中国科学院大学,北京 100190
3 北京市海洋声学装备工程技术研究中心,北京 100190
该文提出了一种适用于低频测试的弛豫铁电单晶三轴加速度传感器的结构形式，加速度传感器每个坐标轴由一个单晶弯曲梁敏感元件组成。通过有限元仿真分析了弯曲梁结构中的单晶层厚度、基梁金属层厚度及基梁材料等结构尺寸参数对谐振频率及加速度灵敏度的影响，找到最优结构尺寸，研制了弛豫铁电单晶三轴加速度传感器样品并进行测试。测试结果表明，弛豫铁电单晶三轴加速度传感器各个方向的一致性良好，加速度灵敏度达86.1 mV/(m·s-2)，可以工作在10~400 Hz的低频段。
弛豫铁电单晶 加速度传感器 弯曲梁结构 relaxation ferroelectric single crystal acceleration sensor curved-beam structure
1 中国科学院 声学研究所, 北京 100190
2 中国科学院大学 物理科学学院, 北京 100190
3 北京市海洋声学装备工程技术研究中心, 北京 100190
圆管型换能器是水声中常见的一种发射换能器。为拓展工作频带, 工程上可通过改进电端, 将压电圆管与密绕线圈相串联来激发电路谐振,从而增加带宽, 但有限元仿真中压电元件和电磁线圈无法直接耦合在一起。因此,针对圆管-线圈耦合换能器的仿真分析难度较大,该文提出了一种压电-电磁混合有限元仿真方法, 通过在压电模型中增加电路接口, 利用电磁仿真提取线圈的电感和电阻值, 并赋予电路接口中相应元件, 使压电元件和电磁线圈耦合在一起, 进而实现整体性能仿真分析。仿真与实测结果显示二者物理规律相吻合, 验证了所提出仿真方法的有效性。
水声换能器 圆管型换能器 宽带换能器 电磁线圈 有限元仿真 underwater acoustic transducer tubular transducer broadband transducer electromagnetic coil finite element simulation
1 中国科学院 声学研究所, 北京 100190
2 中国科学院大学 物理科学学院, 北京 100049
3 北京市海洋声学装备工程技术研究中心, 北京 100190
为了满足低频高灵敏度声矢量接收需求, 提出并研制了一种具有层合梁结构的弛豫铁电单晶二维同振型矢量水听器。矢量通道分别由两个正交的单晶层合梁加速度传感器组成, 其中层合梁结构是通过在金属悬臂梁中引入阻尼层形成。通过有限元仿真分析了层合梁结构中单晶层厚度、阻尼层杨氏模量等参数对谐振频率及加速度灵敏度的影响。研制了多种加速度传感器及矢量水听器样品, 相关测试结果表明, 在材料上, 所提出的单晶传感器比压电陶瓷具有更高的灵敏度; 在结构上, 层合梁矢量水听器比金属梁具有更低的谐振频率和谐振峰, 在声压灵敏度及指向性凹坑方面均有3 dB的性能优势。
矢量水听器 弛豫铁电单晶 加速度传感器 层合梁结构 约束阻尼结构 vector hydrophone relaxor ferroelectric single crystal acceleration sensor laminated beam structure constrained damping structure
