Page 18 - 《应用声学》2023年第4期

680 2023 年 7 月

25 25

ႃ࠮ ႃ࠮
20 ႃጪ 20 ႃጪ

࠮ጪ/mS 15 ࠮ጪ/mS 15
10
10

5 5
0 0
20 30 40 50 60 70 20 30 40 50 60 70
ᮠဋ/kHz ᮠဋ/kHz
(a) KNN۳௄ᨥԍႃᬝၬ૱ᑟ٨ඵ˗࠮ጪ (b) PZTԍႃᬝၬ૱ᑟ٨ඵ˗࠮ጪ
图 9 纵振式换能器实测水中导纳
Fig. 9 The measured admittance of transducer underwater
由图 10 可知，KNN 基无铅压电陶瓷换能器水 图 11 给出了两种换能器在一阶谐振点处的垂

中前两阶谐振频率分别为 35 kHz 和 67 kHz，PZT 直方向指向性测试曲线。其中，KNN 基无铅压电
压电陶瓷换能器水中前两阶谐振频率为 30.5 kHz 陶瓷换能器的 −3 dB 开角为 76 ，前后声压比为
◦
和 69 kHz，且两者在第一个谐振点处的发送电压 19 dB；PZT 压电陶瓷换能器的 −3 dB 开角为 79 ，
◦
响应均达到了 151 dB (基准值为 1 µPa/V)，并在 前后声压比为14 dB，与仿真结果基本一致。
26∼67 kHz 的频率范围内响应曲线较为平坦，整体
KNN͌ᄾ KNNࠄ฾
带宽 KNN基无铅压电陶瓷换能器略高于 PZT压电 PZT͌ᄾ PZTࠄ฾
陶瓷换能器。对比仿真结果与实测结果，可以看到 120° 0 90° 60°
二者的发送电压响应有较好的吻合，但随着频率升 -6
高，尤其是在二阶谐振点处，实测结果与仿真结果 150° -12 30°
差距较大。PZT 设计频带内响应的最高起伏达到
-18
±4.5 dB，整体带宽实测结果均低于仿真结果，并在
68 kHz 处有一明显低谷。一方面是由于 PZT 压电 180° -24 0°
陶瓷换能器的机械品质因数 Q m 更高，不利于宽带
发射，另一方面则是因为在装配和测试过程中会存
210° 330°
在一定误差。

155 240° 300°
270°
150
图 11 换能器实测指向性
145
ԧ᤟ႃԍ־ऄ/dB 140 ducer
Fig. 11 The measured vertical directivity of trans-

仿真与实测结果存在一定误差的原因总结
135
KNN͌ᄾ
PZT͌ᄾ 如下：
130 KNNࠄ฾
PZTࠄ฾ (1) 换能器的制作装配过程中，主要部件间的
125 连接并非如仿真分析中假设的刚性连接，从而产生
20 30 40 50 60 70
ᮠဋ/kHz 了一定的能量损耗，这会导致换能器发送电压响应
实测值低于仿真值。
图 10 换能器实测发送电压响应
Fig. 10 The measured transmitting voltage re- (2) 纵弯耦合结构换能器的二阶模态以弯曲振
sponse of transducer 动为主，在实际装配过程中受外壳的影响更大，使