第三讲让声纳系统耳目一新_新型水声换能器与换(4)

声纳技术及其应用专题

膜,其压电常数约是PVDF的10倍,可用来制作高

[9]

灵敏度换能器.文献[9]研制了如图4所示结构的EMFi薄膜换能器,接收面直径为35mm,换能器

μPa).这种接收灵敏度大于-190dB(参考值为1V/

换能器还可在空气中使用,接收或发射声波

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图5　钹型换能器及9元基阵

3　新结构水声换能器与各种换能机理

介绍

　　功能材料在换能器中固然重要,但是需要通过

合适的结构来发挥作用,因此换能器的结构设计在换能器技术发展中显得尤其重要.根据不同的应用领域以及多方面的技术需求,或者根据不同的换能机理与功能材料的特点,相继问世了各种类型的换能器,其中不乏将多学科的技术结合起来,共同突破新的技术难点,满足某些特殊的技术需求,如图1所示的高温超导磁致伸缩水声换能器就是典型的例子.在本文的前述内容和后面要介绍的换能器类型中,许多也属于新结构新机理水声换能器,为了不重复,本节仅另举两个新型结构的设计实例.

3.1　新结构水声换能器

钹型(cymbal)换能器是一种类似于弯张换能器的

化,然后构造激发电极对,电极对沿盘曲弹簧方向并由中间无电极的中性段隔开,形成外环电极对1和内环电极对2(见图6中局部小片断放大示意图).如此在电极对上加激发电压V,外环电极对和内环电极对所控制的部分压电陶瓷会产生彼此相反的振动(伸张或收缩),激发弹簧系统伸缩运动带动活塞工作面振动并辐射声能.由于这种结构的刚度很小,所以具有低的谐振频率,可用作低频发射换能器,同样用作接收时,在低频段也具有较高的灵敏度.文献[11]从压电方程出发,得出了这种类型换能器的机电转换关系,开展了一些探索性研究工作

.

新型结构换能器,每只钹型换能器由一个对PZT压电陶瓷圆片与一对金属帽粘接起来构成(见图5),PZT压电陶瓷圆片施加交变电压,产生径向振动激发金属帽作弯曲振动,换能器凸起的金属帽产生“胀起-缩扁”的交替振动,辐射声波.同样交变的压力波作用到金属帽上时,会将压力传递到PZT压电陶瓷圆片,在陶瓷片的两极输出交变电压,用作接收换能器.文献[10]报道的钹型换能器水中谐振频率为16.1kHz,发射电压响应

μPa/V,1m处),图5中还给出了为130dB(参考值为1

用这种换能器组成9元基阵的照片.

盘曲弹簧型低频压电换能器,将压电陶瓷加工成盘曲弹簧形状(如图6所示),

压电陶瓷沿切向极

图6　盘曲弹簧型低频压电换能器

3.2　水声换能器中的各种换能机理介绍

从能量转换角度讲,换能器主要可分为利用压电效应实现能量转换的压电换能器和利用磁致伸缩

效应实现能量转换的磁致伸缩换能器,前述内容所涉及的换能器都属于这两种类型之一,它们的共同特点是基于功能材料实现能量转换.后面还要详细介绍一种基于光弹效应拾振的光纤水听器.除此之

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　35卷(2006年)5期

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