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宽带Cymbal平面圆阵的研究

作　者: 张丽萍
导　师: 蓝宇
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 水声工程
关键词: 有限元 Cymbal换能器平面圆阵
分类号: TB565.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 85次
引　用: 1次
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内容摘要

为了获得更远的探测距离、更高的搜索率和更精的定向准确度,需要有更多的换能器构成大型的基阵。平面圆阵,不仅可以加大辐射功率,提高发射电压响应,并能获得高指向性低旁瓣的波束,根据不同要求还可以通过电端来改善和控制基阵的指向性。本文采用Cymbal作为基元,制作了一个宽带的平面圆阵。Cymbal是一种小型弯张换能器,具有振幅放大效应,所以在同等频率下相对于其他换能器,具有大功率、体积小、重量轻的优点,方便成阵的需要。首先,弯张换能器的结构比较复杂,用等效电路法进行理论分析比较困难,所以本文选择有限元进行理论分析。通过大型有限元软件ANSYS对Cymbal换能器设计分析,得到了在空气中和水中的电声性能。然后,利用指向性、互辐射的相关理论,结合基元的发射性能和国外计算响应的理论,用MATLAB仿真计算了平面阵的性能。根据分析权衡最终确定了阵元间距。对确定的样机进行了同样的性能仿真,水中的发射电压响应值为:164dB:频带宽度为:20kHz-50kHz:50kHz时对应的波束宽度不到9°。最后,根据虚拟样机的尺寸加工模具,制作了200个Cymbal换能器。测量了Cymbal换能器在空气中的性能,选取性能一致性好的61个组成圆阵。对基阵在空气中和水中的性能进行了测量,与理论计算结果进行了对比分析。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第1章绪论  9-18
  1.1 引言  9-10
  1.2 水声换能器的发展历史及现状  10-11
  1.3 弯张换能器  11-13
  1.4 Cymbal弯张换能器及其阵  13-17
  1.5 本论文工作介绍  17-18
第2章 Cymbal换能器的有限元设计和分析  18-28
  2.1 Cymbal换能器的分析方法  18
  2.2 材料参数和结构参数的确定  18-21
    2.2.1 Cymbal换能器有限元模型  18-19
    2.2.2 材料参数的确定  19
    2.2.3 结构参数的确定  19-21
  2.3 Cymbal换能器的电声性能  21-27
    2.3.1 空气中的电声性能  21-24
    2.3.2 水中的电声性能  24-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章 Cymbal阵的理论研究及仿真  28-48
  3.1 辐射与互辐射的相关理论  28-32
    3.1.1 辐射的基本理论  28-29
    3.1.2 互辐射的基本理论  29-31
    3.1.3 两基元的互辐射阻抗表达式  31-32
  3.2 平面圆阵的设计及性能仿真  32-47
    3.2.1 阵形的选择  32-33
    3.2.2 阵的互辐射阻抗的分析  33-36
    3.2.3 阵的辐射性能分析  36-43
    3.2.4 确定阵形的性能仿真  43-47
  3.3 本章小结  47-48
第4章阵的制作和测量  48-56
  4.1 阵的制作  48-49
  4.2 空气中的测量及分析  49-51
    4.2.1 基元在空气中的测量分析  49-50
    4.2.2 基阵在空气中的测量分析  50-51
  4.3 水中的测量及分析  51-55
  4.4 本章小结  55-56
结论  56-58
参考文献  58-61
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  61-62
致谢  62

宽带Cymbal平面圆阵的研究

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