第三讲让声纳系统耳目一新_新型水声换能器与换(5)

声纳技术及其应用专题

外,在水声领域还应用其他几种类型的换能器,在此简要介绍如下:

(1)电动式换能器,利用磁场与电流相互作用,类似于普通的扬声器,换能器辐射面与一个置于静态磁场中的线圈机械连接,当线圈流过工作信号频率的电流时,线圈受磁场力作用最终转换成辐射面的交变振荡而辐射工作信号频率的声能.这种类型的换能器具有工作频率低、动态振幅大、频带宽等优点.

(2)机械驱动水声换能器,利用机械马达通过曲轴-面作往复运动,率,改变曲轴-行程,.这种换能.

(3),利用泵系统或机械结构驱动流体产生振荡,通过工作辐射面或直接向与其连通的水域空间辐射声波.这种类型换能器可以辐射较大的声能量,也不适合用于产生复杂声信号,一般仅用于辅助实验声源.

(4)共振管型水声换能器,设计一定内腔尺寸的管型结构,通过机械结构或其他形式的换能器激发腔内流体振荡,在腔的谐振频率下可以激发很强的线谱声信号.这种类型换能器频带窄,可用作低频声源,但体积庞大.

(5)电火花低频声源,通过电容器储存高压电能,在水下瞬间进行火花放电,激发流体声振荡辐射声能,通过改变电压值和放电时间,对辐射声能的脉冲宽度和瞬时声强进行调整,但可控程度较弱、每次放电的频谱成分也有一定差异,其优点是瞬间能量大,可产生强大的脉冲声波.

合作用,如纵向换能器的纵振模-辐射头弯曲模耦合、纵向换能器的双激励振动模耦合、纵向换能器匹配层技术实现双纵振模耦合、弯张换能器葫芦式结构双弯曲模耦合、溢流式圆环换能器径向振动-液腔共振模耦合、多模共振腔耦合宽带换能器等等,这.

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7(15,25,35kHz),其,35kHz谐振频率是上端的顺性垫圈(玻璃钢材料)与上端的中间质量及铝辐射头子结构的纵向共振模,25kHz谐振频率是两个顺性垫圈(玻璃钢材料)与两个中间质量及铝辐射头子结构的纵向共振模,该换能器实现的工作带宽从13kHz到37kHz.图7(b)也是一种三谐振模耦合的换能器,与图7(a)相比,区别在于在铝辐射头前部利用树脂材料构成1/4波长的匹配层,匹配层的作用也是使整体结构反映出子结构的特征而具有多阶纵振动谐振模.在纵向宽带换能器设计中,将图7(a)或(b)结构中的顺性垫圈用功能材料代替,设计成双激励、三激励纵向宽带换能器,具有更强大的辐射能力.图7(c)是采用稀土超磁致伸缩材料与PZT混合组成的双激励宽带纵向换能器

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4　宽带换能器技术

图7　多谐振模耦合纵向宽带换能器

带宽特性是换能器的重要指标,换能器的带宽特性影响着传递信号的频谱特性和波形,在采用复杂形式的信号以及运用脉冲压缩等现代信号处理技术时要求换能器必须具有足够的带宽,否则将会造成信号失真或影响信号处理的效果.不夸张地说,宽带换能器是声纳信号处理技术的瓶颈,没有宽带换能器,信号处理就像一位卓越的词曲作家面对一位五音不全的歌手一样尴尬.宽带换能器如此之重要,使换能器的宽带设计成为人们长期不懈努力的科研方向之一.

换能器实现宽带的重要手段是利用多谐振模耦

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5　新型水听器技术

用于接收水下声信号的水声换能器称作水听器,水听器包括压电型、磁致伸缩型、动圈式、压阻式等,这里主要介绍感知水下矢量信号的矢量水听器和基于光弹效应拾振的光纤水听器.5.1　矢量水听器新技术

水下声场的矢量信息包括声压梯度、质点加速度、质点振速、质点位移等参量,对这些矢量信息进

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