Page 150 - 《应用声学》2022年第6期

996 2022 年 11 月

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ेҒᤰ᥋: 17 ᮠဋᔵڊ: 40000 Hz to 90000 Hz
ेҒᤰ᥋:
150
145
140
135
130
TVR/dB 125

120
115
110
105
40.0 42.5 45.0 47.5 50.0 52.6 55.1 57.6 60.1 62.6 65.1 67.6 70.1 72.6 75.1 77.7 80.2 82.7 85.2 87.7 90.2
f/kHz
࢏ϙᮠဋ: 58000 Hz ˗ॷᮠဋ: 65000 Hz -3 dBࠕए: 30000 Hz
࢏ϙ־ऄ: 145.22 dB ᮠဋ־ऄ: 144.41 dB -6 dBࠕए: 40000 Hz
图 12 换能器样机发射电压响应测试曲线
Fig. 12 The measured transmitting voltage response curve of the prototype
测试了换能器的大功率发射特性，具体结果如
4 结论
表 1 所示。在换能器两端施加 980 V 的峰峰值电压
时，最大声源级达到 195.6 dB，初步具备了较大功
本文利用压电陶瓷管堆结构实现了一种纵向
率的发射能力。换能器样机内陶瓷单元的厚度为
极化的圆管发射换能器，探讨利用管堆结构纵向与
2 mm，理论上可以施加 1400 V 左右的峰峰值电压。
径向振动耦合实现宽带声辐射。研究了压电陶瓷管
而实际测试中继续提高输入电压时标听的接收波
堆的振动耦合特性，用有限元方法对换能器进行建
形产生畸变，其原因可能是环氧树脂包裹层提供的
模仿真，分析换能器谐振频率、发射电压响应随高径
预应力不足。受限于环氧材料较低的刚度，在此结
比参数的变化规律，研制换能样机并进行测试。实
构下很难进一步提高预应力，对于预应力结构的设
测换能器最大发射电压响应达到 145 dB，−3 dB 工
计以及预应力层与压电管堆的刚度匹配等问题仍
作带宽 51 ∼ 84 kHz 与仿真结果基本符合。换能器
待进一步研究。
最大声源级达到195 dB 左右，初步具备了较大功率
的发射能力。在大功率发射方面，换能器预应力结
表 1 换能器样机声源级测试结果
构的设计以及预应力层与压电管堆的刚度匹配等
Table 1 Tested source level of the prototype
问题仍需要进一步研究。
频率/kHz 发射电压/V 声源级/dB 压电管堆式宽带换能器借鉴了切向极化镶拼
50 980 191.4 圆管的设计理念，利用压电陶瓷高效的纵向压电效
55 980 195.6 应来提高换能器发射性能，具有比径向极化压电陶
60 980 195.5
瓷圆管更高的响应特性和带宽特性。压电陶瓷管堆
65 980 194.1
结构简单，适用于小体积高频圆柱形发射换能器的
70 980 193.7
设计，在中高频段圆管换能器的设计中有一定的优
75 980 195.0
80 980 194.1 势。此外，压电管堆式宽带换能器的阻抗特性可以
85 980 192.4 通过压电单元的数量和极化厚度进行调整，进一步
90 980 188.8 提高了设计自由度和适用性。