PVDF壓電薄膜的彎張換能器.pdf

1、彎張換能器是低頻水聲換能器的研究熱點，是水聲探測、通訊中重要的關鍵技術之一，目前已經(jīng)研制出七類彎張換能器。本文針對低頻彎張換能器不宜與水匹配的特點，設計制作了一種基于PVDF壓電薄膜的水聲發(fā)射換能器。它將壓電晶片堆與結(jié)構(gòu)件構(gòu)成的復合棒的縱振動轉(zhuǎn)移到由PVDF壓電薄膜構(gòu)成的圓柱體上，激勵圓柱體產(chǎn)生徑向彎曲振動，從而向水平周向輻射聲波的目的。這種結(jié)構(gòu)設計，主要是考慮PVDF壓電薄膜具有較低的聲阻抗，因此其輻射的聲波更易與水匹配。同時PVDF

2、壓電薄膜作為主動材料，通過電激勵同樣可以使其產(chǎn)生徑向振動，合理設計其結(jié)構(gòu)可以達到模態(tài)耦合的效果，最終實現(xiàn)寬帶效果。
　　論文對PVDF壓電薄膜的彎張換能器進行了深入研究，應用等效電路理論分析了PVDF壓電薄膜的彎張換能器的振子振動特性，導出了換能器振子的諧振頻率方程，并應用換能器諧振頻率方程分析了換能器中長度、半徑等七個結(jié)構(gòu)參數(shù)對換能器諧振頻率的影響。根據(jù)聲波輻射理論和點源疊加理論對PVDF壓電薄膜的彎張換能器的指向性進行了理論分

3、析，將換能器簡化為PVDF壓電薄膜構(gòu)成的圓柱型，并以此計算換能器遠場水平和垂直指向性分布函數(shù)。論文還應用導出的指向性函數(shù)研究了換能器的長度及半徑等參數(shù)對換能器指向性指標的影響，找出了其中的規(guī)律，對日后設計同類換能器提供了定性和定量的參考。
　　論文采用有限元法，對換能器進行了仿真分析。根據(jù)物理近似條件，將復雜的換能器結(jié)構(gòu)劃分為壓電晶片堆結(jié)構(gòu)和PVDF壓電薄膜構(gòu)成的圓柱型結(jié)構(gòu)兩部分組成。分別分析了各個材料參數(shù)對兩部分諧振頻率的影響。