聲頻定向壓電換能器及其陣列的建模、分析與測試.pdf

1、聲頻定向揚(yáng)聲器是能發(fā)射具有高指向性可聽聲的聲源系統(tǒng)，系統(tǒng)通過所發(fā)射出的超聲波波束在空氣中產(chǎn)生非線性交互作用，自解調(diào)產(chǎn)生具有高指向性的可聽聲信號。本論文研究的對象是可以用于手持移動多媒體設(shè)備的聲頻定向揚(yáng)聲器核心部件之一，壓電換能器。研究目的旨在通過建立數(shù)學(xué)理論模型，分析性能參數(shù)。從而通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，設(shè)計(jì)一款具有高機(jī)電耦合系數(shù)和振幅的壓電換能器以及和具有高指向性的換能器陣列。
　　本論文在研究過程中，基于對壓電換能器理論模型的合理簡

2、化，采用薄板振動理論和壓電方程建立了圓形薄板壓電換能器單元的彎曲拉伸耦合振動的數(shù)學(xué)模型，并使用該模型對換能器的振動特性進(jìn)行系統(tǒng)的分析，確立了換能器結(jié)構(gòu)參數(shù)同振動頻率、振幅和機(jī)電耦合系數(shù)之間的影響機(jī)制?；趯@三個振動參數(shù)的設(shè)計(jì)需求，設(shè)計(jì)優(yōu)化了換能器的PZT層厚度、半徑和Al層厚度、半徑。由于單個換能器并不能滿足聲頻定向揚(yáng)聲器對指向性的需求，本文采用多個換能器組陣的方式，對換能器陣列進(jìn)行了設(shè)計(jì)及分析。在考慮了偏軸效應(yīng)和超聲信號在空氣中的衰

3、減問題，本文引入?yún)⒘柯晫W(xué)陣原理，結(jié)合換能器陣指向性函數(shù)，建立了圓形活塞換能器組成的矩形陣列的參量聲學(xué)陣指向性函數(shù)，分析換能器陣的指向性，并以優(yōu)化指向性角和減小旁瓣聲壓為目的設(shè)計(jì)了換能器陣列參數(shù)。
　　根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，制作了換能器單元并組陣進(jìn)行了包括頻響、聲壓級和指向性的測試。頻響測試結(jié)果顯示由于采用了較成熟的制作工藝，換能器一致性非常好，這為獲得高聲壓級提供基礎(chǔ)，聲壓測試反映組陣能有效提高換能器聲壓，指向性測試則說明采用陣列形式的換