第三讲让声纳系统耳目一新_新型水声换能器与换(3)

声纳技术及其应用专题

声辐射功率.文献[5]报道了这种新型低频大功率水声换能器,包括谐振频率为210Hz,450Hz,800Hz和1200Hz的换能器研究成果,目前这种新型换能器应用于低频主动声纳阵、声学目标声源、噪声模拟器等声学系统.

2.2　,可,弛豫,

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如弯张换能器、纵向换能器等.这类材料的换能器制作技术比较复杂,需要加直流偏置电场,施加预应力,控制工艺温度等.文献[7]利用PMN-PT-BT(铌镁酸铅-钛酸铅-钛酸钡)电致伸缩陶瓷研制了IV型弯张换能器(见图3).文献[6,7]报道的研究成果表明,所研制的换能器还没有最大限度地发挥材料的潜力,这方面的工作在今后一个时期内仍是水声换能器领域需要深入探索的热点问题之

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一.韩国Humanscan公司和Medison公司用PMN-PT弛豫铁电单晶材料研究了64路3.5MHz超声探头,用于医用B超和Doppler彩色超声成像设备,暗示了弛豫铁电单晶材料在高频图像声纳中的应用前景

.

图,前辐射头一般为轻质材料,尾质量块一般为密度大的材料,以实现辐射面输出更大的振动位移.Dubus等

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介绍了

两种用Terfenol-D材料研制的纵向换能器,其一是一般纵向换能器,谐振频率为1200Hz,声功率为3kW,换能器重量为60kg;其二是稀土棒两端都设计

成喇叭形的双端辐射纵向换能器,谐振频率为400Hz,声功率为1.5kW,换能器重量达100kg.

圆环形换能器:由若干个稀土棒围成正多边形,通过过渡件激发一系列圆弧面作径向振动实现大功率声辐射.Toshiaki等

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研制了一系列稀土低频大

功率圆环型换能器,其中包括谐振频率为200Hz的

换能器(内径0.56m,外径0.94m,高度0.37m,声源级193dB,重量410kg)和谐振频率为30Hz的换能器(直径2m,高度1.1m,声源级195dB,重量5t).弯张换能器是利用压电陶瓷堆或磁致伸缩棒的纵振动来激励具有振幅放大效应的外壳(或桶条梁)辐射面作弯曲振动的一类换能器,图2中列举了几种常用类型的弯张换能器,其中I,II,III型具有共同特点,由纵振动棒激发旋转对称弯曲壳体,壳体可以是连续结构,也可以是切缝加工成一组梁的结构.Purcell用Terfenol-D材料研制了凹型桶条梁弯张换能器(III型),谐振频率为1300Hz,声源级为188.7dB,带宽为600Hz,由于采用单棒开放磁路,在

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图3　PMN-PT-BTIV型弯张换能器

2.3　压电聚合物薄膜水声换能器

压电聚合物可以制成柔性膜,制作换能器时可以设计成任意形状,并且材料的声阻抗率低,容易与

水等流体介质及生物组织实现阻抗匹配,常用来制作高频标准水听器、高频换能器、医学超声换能器、共形基阵及多元化复合换能器阵等.制作换能器的常用压电聚合物主要是聚偏氟乙烯(PVDF).目前更引人注目的压电聚合物材料薄膜EMFi(electro2mechanicalfilm的缩写),是一种聚丙烯泡沫柔性薄

谐振频率下,交流电声效率最大仅为7%,换能器重量为2.7kg.

图2中IV型、VII型、鱼唇式弯张换能器具有共同特点,换能器由纵振动棒激发凸形或凹形椭圆壳体的弯曲振动实现大功率辐射,其中鱼唇式弯张换能器采用了振幅放大效应与面积加权作用,提高了

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物理