Page 18 - 《应用声学》2023年第4期
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                                ႃ࠮                                       ႃ࠮
                        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
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