Page 155 - 《应用声学》2022年第6期

第 41 卷 第 6 期 惠辉等： 高频宽带嵌套式复合材料换能器 1001

348 kHz、304 kHz、282 kHz 和 254 kHz 处产生了 4
个谐振峰，这 4 个谐振峰的频率分别对应各层敏感 ѭҟੇ಴ی
元件厚度振动的频率，说明了 4 层嵌套的复合材料
敏感元件拓展换能器工作带宽具有可行性。 PZT-5A ԍႃᬝၬ ѭ
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0.28 mm y
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1.44 mm

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图 7 1-3 型压电复合材料敏感元件制备流程
图 5 嵌套式复合材料敏感元件模型 Fig. 7 Preparation process of 1-3 piezoelectric
Fig. 5 Nested composite sensing element model composite sensing element

10 ࡏࢦݓ
4.1 mm
4.8 mm
8
5.2 mm
ႃ࠮ဋ G/(10 -5 S) 6 4 t=4.1 mm t=4.8 mm
5.7 mm

2

0
200 400 t=5.7 mm
t=5.2 mm
ᮠဋ f/kHz
图 6 敏感元件仿真电导曲线图
Fig. 6 Simulated conductivity curve of sensitive (a) ӭࡏஐਖЋ͈
element

3 嵌套式复合材料敏感元件的制备

1-3 型压电复合材料的制备方法主要有排列浇
铸法、切割填充法、激光切割法和注射成型法等。本
文采用切割填充法制备 1-3 型压电复合材料敏感元 (b) 4ࡏࢦݓஐਖЋ͈
件，制备流程如图 7 所示。具体的制备工艺流程为：
图 8 4 层嵌套压电复合材料敏感元件
(1) 框型压电陶瓷的切割；(2) 沿x、y 方向切割出压
Fig. 8 Four layer nested piezoelectric composite
电陶瓷小柱，并灌注环氧树脂；(3) 反向以同样方法 sensing element
切割并再次灌注环氧树脂。
根据以上工艺可制备得到 4 层 1-3 型压电复合 4 水声换能器的制备与测试
材料敏感元件，再将不同厚度的敏感元件沿轴向嵌
套，并使用环氧树脂粘接，保证层与层之间的隔离， 4.1 换能器的制备与电导测试
制备完成的不同厚度敏感元件如图 8(a) 所示，嵌套 将硬质泡沫完全贴合嵌套后的 4 层敏感元件，
后的敏感元件如图8(b)所示。 再将固定有背衬的敏感元件与金属盖板相贴合，并