Page 36 - 《应用声学》2023年第6期

1146 2023 年 11 月

13 换能器其他参数取自表 1，计算结果如图 9 所示，横

f 
12 坐标是激励频率，纵坐标是激励电流。计算结果表
f  明，换能器激励源电流也会受到非线性迟滞的影响，
ᮠဋ/kHz 11 非线性频率偏移系数 α 越大，换能器电流非线性频
10
率偏移越明显。在激励电路设计中，应考虑非线性
9
控制补偿以得到更精确稳定的输出信号。
8
60 80 100 120 140 分析激励电场强度对换能器非线性和声辐射
d /mm
性能影响。电场强度 E 0 通过式(23)得到，换能器其
(a) Ғᄦ౜ܸय़
他参数取自表1，计算结果如图10所示，横坐标是激
9
励频率，纵坐标是SPL，不同颜色曲线对应不同激励
f 
8
f  电场强度下的换能器 SPL 曲线。计算结果表明，激
ᮠဋ/kHz 7 6 励电场强度和电压越大，强电场下应变和电场的迟
滞越大，SPL频响曲线频率漂移越大。
5
1.0
4 α=0
5 10 15 20 25 30 35 40
0.8 α=2α 
l p /mm
α=3α 
(b) ః۷ᓬ᭧҂Ғᄦ౜ᡰሏ 0.6
18 ႃื/A 0.4
16 f 
f  0.2
14
ᮠဋ/kHz 12 0 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7

10 ᮠဋ/kHz
图 9 压电陶瓷非线性对换能器激励电流的变化的影响
8
Fig. 9 Influence of piezoelectric ceramic nonlinearity
6
40 50 60 70 80 90 100
l f ⊳mm on the change of transducer excitation current
(c) Ғᄦ౜Ԓए
160
图 8 压电陶瓷非线性对换能器结构参数匹配的影响 150 E 0 /2
Fig. 8 Influence of piezoelectric ceramic nonlinearity 140 E 0
2E 0
SPL/dB 120
on the matching of transducer structure parameters 130
表 2 换能器辐射端匹配对换能器谐振频率偏移 110
率及声辐射性能的影响 100
Table 2 Effects of transducer radiating 90
8.3 8.4 8.5 8.6 8.7
end matching on transducer frequency off-
ᮠဋ/kHz
set rate and acoustic radiation perfor-
mance 图 10 不同电场强度下换能器 SPL 频响曲线
Fig. 10 SPL frequency curve of transducer under
匹配层多孔板 无 有
different electric field strength
系数 α α 0 2α 0 α 0 2α 0
SPL/dB 130.0 130.2 137.4 137.4
进一步计算电场强度对压电陶瓷处于非线性
谐振频率偏移率/% 0.129 2.762 0.110 2.301
工作域的换能器结构参数匹配的影响。以前盖板厚
2.4 激励源参数对压电陶瓷处于非线性工作域换 度为例，结果如图 11 所示，不同颜色的折线表示不
能器性能及结构参数匹配的影响 同激励电场的计算结果。随着激励电场强度的增
首先，探究压电陶瓷非线性参数对换能器激励 加，换能器结构参数的调整幅度非线性增加。因此，
电流的影响。电压幅值不变，电流通过式 (22) 计算， 在大功率换能器应用中，为了提高换能器功率而增