Page 157 - 《应用声学》2025年第1期

第 44 卷 第 1 期 刘乃滔等： 相控型圆管换能器产生螺旋声场的仿真与实验分析 153

ܱڤܦԍጟ/dB ܱڤܦԍጟ/dB
90O 90O
10.8 kHz 19 kHz
120O 60O 120O 60O
150O 30O 150O 30O

110 130 150 110 130 150
180O 0O 180O 0O

210O 330O 210O 330O

240O 300O 240O 300O
270O 270O
(a) ᭤ᄱ଍یړኮ૱ᑟ٨ૉՔভڏ (b) ᄱ଍یړኮ૱ᑟ٨ૉՔভڏ
图 8 两种激励方式下换能器的指向性图
Fig. 8 Directional diagram of transducer under two excitation modes

150 150
120 120
90 90
60 60
30
30
ᄱᝈ/(O) -30 0 ᄱᝈ/(O) -30 0
-60 -60
-90 -90
-120 -120
-150 -150
-180 -180
0 100 200 300 0 100 200 300
வͯᝈ/(O) வͯᝈ/(O)
(a) ᭤ᛃ஽ܦڤ˗ܦԍᄱͯ-வͯᝈజጳ (b) ᛃ஽ܦڤ˗ܦԍᄱͯ-வͯᝈజጳ

图 9 两种激励方式下声场的声压相位 -方位角曲线
Fig. 9 Sound pressure phase-azimuth curve of sound field under two excitation modes

ඵ෉
3 螺旋声场的测量实验
ᇨฉ٨ ړኮ૱ᑟ٨ ඵզ٨
1.5 m
3.1 螺旋声场的测量原理 ηՂູ Ҫဋஊܸ٨1
对于本文研究的圆管换能器，所产生的是一阶
ᄱረ٨ Ҫဋஊܸ٨2
平面螺旋声波，在距发射换能器声中心相同距离处
的一个圆周上，声场声压与方位角理论上应是线性 ໚ฉ٨
对应的关系，即绕圆旋转一周，声场声压的初相位也 图 10 仪器连接示意图
变化一个周期；根据这个原理，只要测得换能器同一 Fig. 10 Instrument connection diagram
圆周上各个方位角接收信号的初相位，即可验证声
3.3 实验流程
场声压与方位角的关系，除此之外，也可以顺便验证
首先，将每对偶极子反接并将两对偶极子施加
相控型圆管换能器产生的螺旋声场是否是无指向
90 相位差的电压，这样就可以保证圆管四个部分
◦
性的。
的相邻部分的激励电压都存在 90 的相位差，即符
◦
3.2 仪器连接与水池设备搭建 合产生螺旋声场的要求。然后按图10中的实验仪器
将内径61 mm、外径66 mm的压电陶瓷圆管分 连接图连接好仪器，并将相控型圆管换能器及水听
为四部分，相邻部分内外银层切开，然后对不同部分 器布放在水池 0.5 m 深的位置。发射频率为 15 kHz
施加不同相位的电压，即可产生螺旋声场。实验所 的单频 (Continuous wave, CW) 脉冲信号，脉冲宽
需的仪器连接如图10所示。 度为 2/3 ms，在距圆管换能器 1.5 m 远处的相同深