彎張換能器

彎張換能器的概念起始于?Hayes?1936?年的專利，基本工作方式是?1?個或多個伸縮振動的振子驅(qū)動彎曲振動殼體產(chǎn)生低頻聲輻射。我國關(guān)于彎張換能器的研究與應(yīng)用從?20?世紀末開始活躍起來，研究人員設(shè)計了多種結(jié)構(gòu)形式的彎張換能器，筆者在總結(jié)水聲換能器技術(shù)國際發(fā)展動態(tài)的文章中，依照結(jié)構(gòu)和激勵方式將彎張換能器分為三大類，在此沿用這種分類方法，分別進行介紹。

柱型結(jié)構(gòu)彎張換能器。該類換能器由縱向伸縮振子驅(qū)動平移彎曲振動殼體（圖?3），換能器的振動殼體是一個平移結(jié)構(gòu)體，即各種形狀的柱面殼，由?1?個或多個縱向伸縮的振子驅(qū)動，包括?IV?型彎張換能器及其變形結(jié)構(gòu)、VII?型彎張換能器、四邊形彎張換能器等。圖?3a?是典型的?IV?型彎張換能器結(jié)構(gòu)形式，陳思等^[10]研制了弛豫鐵電單晶?PMNT?材料驅(qū)動的?IV?型彎張換能器。李寬和藍宇研制了稀土超磁致伸縮材料?Terfenol-D?驅(qū)動的?IV?型彎張換能器。圖?3b?是?VII?型彎張換能器的新設(shè)計，采用稀土超磁致伸縮材料?Terfenol-D?驅(qū)動，激勵方式在橫向尺寸最寬的部位設(shè)計?1?對平行振子，賀西平和李斌對該型換能器進行了深入的系列研究，包括預應(yīng)力設(shè)計分析、理論建模、模態(tài)分析、實驗研究等。圖?3c?是對?IV?型彎張換能器改進的新設(shè)計，類似于?I?型彎張換能器到?II?型彎張換能器的設(shè)計改進，采用了長軸加長的橢圓殼結(jié)構(gòu)，換能器采用弛豫鐵電單晶材料?PMNT?驅(qū)動，具有比一般?IV?型彎張換能器更優(yōu)的寬帶工作特性。圖?3d?是國內(nèi)最早對?IV?型彎張換能器進行改進的新設(shè)計——魚唇式彎張換能器，其采用變高度橢圓殼體并應(yīng)用了稀土超磁致伸縮材料?Terfenol-D?驅(qū)動，這種特殊形狀的振動殼體具有杠桿臂效應(yīng)和高度加權(quán)的雙放大作用。目前?Terfenol-D?魚唇式彎張換能器已經(jīng)系列化，并設(shè)計成雙殼結(jié)構(gòu)進一步提升發(fā)射功率，單只換能器最大聲功率可達萬瓦級，成為國內(nèi)低頻大功率發(fā)射換能器的基本類型之一。圖?3e?是正交激勵四邊形彎張換能器，采用了一種結(jié)構(gòu)緊湊的設(shè)計改進，可以在有限體積內(nèi)增加更多的功能材料，提高發(fā)射聲源級。圖?3f?是對?IV?型彎張換能器的另一改進新設(shè)計，類似于?I?型彎張換能器到?III?型彎張換能器的設(shè)計改進，其采用兩橢圓殼體沿長軸方向串聯(lián)為一體，用更長的壓電堆激勵，使縱向振子的諧振頻率降低而接近彎張殼體基頻模態(tài)，有利于模態(tài)耦合實現(xiàn)寬帶工作特性。圖?3g?是對?IV?型彎張換能器激勵振子的改進新設(shè)計，為折疊振子驅(qū)動的?IV?型彎張換能器，該結(jié)構(gòu)結(jié)合低剛度的殼體材料可有效降低諧振頻率。

 圖 3 柱型結(jié)構(gòu)彎張換能器

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