寬帶稀土縱振式換能器研究.pdf

1、隨著軍事的需求和現(xiàn)代聲納技術(shù)的發(fā)展，要求水聲換能器朝著低頻、寬帶、大功率、小尺寸的方向發(fā)展。超磁致伸縮材料Terfenol-D以高能量密度和低聲速的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于低頻大功率換能器。本文主要研究了兩種縱振式換能器，混合激勵(lì)縱振式換能器和稀土復(fù)合棒換能器。
　　 首先，以有限元分析換能器的基本理論公式和壓磁-壓電類比法為基礎(chǔ)，解決用ANSYS有限元軟件分析磁致伸縮機(jī)電耦合問題。同時(shí)通過機(jī)械振動(dòng)理論分析混合激勵(lì)縱振式換能器，得出混合

2、激勵(lì)縱振式換能器的機(jī)電等效電路圖。
　　 其次，對換能器的磁路部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過對換能器磁路進(jìn)行改進(jìn)以及稀土元件的去渦流處理，使稀土材料中的磁感強(qiáng)度均勻化，稀土振子的電-機(jī)轉(zhuǎn)換效率得到了提高。
　　 再次，混合激勵(lì)縱振式換能器是以超磁致伸縮材料和壓電陶瓷PZT作為驅(qū)動(dòng)元件，利用多模態(tài)耦合實(shí)現(xiàn)換能器的寬帶特性；稀土復(fù)合棒換能器是以超磁致伸縮材料作為驅(qū)動(dòng)元件，利用復(fù)合棒換能器的縱振動(dòng)與前蓋板的彎曲振動(dòng)兩個(gè)模態(tài)的耦合實(shí)現(xiàn)換

3、能器的寬帶特性。通過ANSYS有限元軟件對兩種換能器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)，計(jì)算出兩種換能器的阻抗特性和輻射特性。
　　 最后，進(jìn)行混合激勵(lì)縱振式換能器和稀土復(fù)合棒換能器的加工制作，并對兩種換能器的阻抗特性和輻射特性進(jìn)行了測量。實(shí)驗(yàn)測得，混合激勵(lì)縱振式換能器最大發(fā)送電壓響應(yīng)為145dB、工作頻帶為4kHz-16kHz、帶內(nèi)起伏為9dB；稀土復(fù)合棒換能器最大發(fā)送電流響應(yīng)為177dB、換能器的工作頻段為1.6kHz-5.4kHz、帶