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宽带稀土Janus换能器研究

作　者: 滕超
导　师: 蓝宇
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 水声工程
关键词: 宽带纵向振动超磁致伸缩多模耦合有限元法
分类号: TB565.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着水声信号处理技术的飞速发展,需要从换能器获得的信息量越来越大,而换能器的频带越宽所能获取的信息量就越大,因此要求水声换能器向宽频带方向发展。本文研制了一种宽带稀土Janus换能器,以期通过换能器在结构上和有源材料上的优势,实现换能器的小尺寸化,达到宽带、大功率双端发射的工作性能。首先,根据纵向振动换能器的经典解析法及相关声学理论,并借助Tonpilz换能器机电等效图的相关结论,推导了稀土超磁致伸缩材料的Janus换能器的等效电路图,及使用有限元法对稀土超磁致伸缩换能器进行分析的一系列基本理论公式。其次,应用ANSYS有限元软件对稀土Janus换能器进行建模、计算和分析,并分别对同相激励、反相激励和单端激励三种激励方式下的换能器工作性能进行比较。选择能获得较好性能的激励方式,对换能器进行结构尺寸优化及分析,设计出性能相对理想的宽带换能器。模拟计算结果表明,此种换能器的±4dB工作带宽可覆盖5kHz～23kHz范围,最大发射电流响应为199dB。最后,根据优化后的结构尺寸进行换能器样机的加工制作,并对换能器的阻抗特性和发射电流响应进行了测量,实际测得换能器水中的±5dB工作带宽为4.5kHz～25kHz,谐振频率处的最大发射电流响应为192dB。模拟计算和样机实测结果表明,利用稀土Janus换能器的多模谐振耦合原理,结合换能器的单端激励方式,可减小换能器的尺寸,并实现宽带和大功率发射的优良工作性能。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-21
  1.1 引言  10-11
  1.2 宽带发射换能器的研究  11-13
    1.2.1 换能器的带宽  11-12
    1.2.2 研究宽带发射换能器的意义  12-13
  1.3 稀土超磁致伸缩材料  13-15
  1.4 纵向振动换能器  15-16
    1.4.1 Tonpilz换能器  15-16
    1.4.2 Janus换能器  16
  1.5 纵向振动换能器拓宽频带技术  16-19
  1.6 论文主要研究内容  19-21
第2章宽带稀土JANUS换能器基本理论分析  21-35
  2.1 宽带稀土JANUS换能器等效电路分析  21-30
    2.1.1 Tonpilz换能器的机电等效图  21-25
    2.1.2 稀土超磁致伸缩Janus换能器的机电等效图  25-30
  2.2 有限元法分析磁机耦合的方法理论分析  30-34
  2.3 本章小结  34-35
第3章宽带稀土JANUS换能器的ANSYS分析  35-59
  3.1 ANSYS有限元软件简介  35-37
  3.2 建立换能器有限元模型  37-38
    3.2.1 换能器几何模型  37
    3.2.2 换能器振子激励方式  37-38
  3.3 模态分析  38-40
  3.4 谐波响应分析  40-58
    3.4.1 同相激励  40-44
    3.4.2 反相激励  44-47
    3.4.3 单端激励  47-58
  3.5 本章小结  58-59
第4章换能器样机制作与测试分析  59-68
  4.1 宽带稀土Janus换能器的制作  59-60
  4.2 宽带稀土Janus换能器的测量及结果分析  60-67
    4.2.1 空气中性能测量及结果分析  60-62
    4.2.2 水中性能测量及结果分析  62-67
  4.3 本章小结  67-68
结论  68-70
参考文献  70-74
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  74-75
致谢  75

宽带稀土Janus换能器研究

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