文档介绍：同济大学声学研究所
硕士学位论文
纵弯复合超声换能器的研究与设计
姓名:洪春浪
申请学位级别:硕士
专业:检测声学
指导教师:王寅观
20070101
摘要利用计算机编程,计算出了给定材料猜罫的频率方程、以及在给定频径拢桨濉⒄撑菽搴徒滋莅中心凹型嗖煌某荒板超声换能器,并通过一系列实验,对换能器的接收性能和频率响应进行了测对于气介式大功率超声换能器,由于换能器的声阻抗与气体的声阻抗相差甚远,因而存在严重的阻抗失配问题。为了改善声匹配,提高气介式超声换能器的辐射声功率及效率,大多采用了多层匹配板以及弯曲振动辐射板等。然而,对于辐射面积比较大的弯曲振动薄板,一般激励的振动阶数都比较高,因而存在弯曲振动的反相区,导致换能器的辐射阻抗下降、电声效率和声功率降低以及指向性变差等问题。为解决这一问题,可以采用阶梯板代替平板,改变相位分布,使弯曲振动以相同的相位振动,从而提高了辐射阻抗及改善了指向性。西班牙学者紫忍岢稣庖簧柘耄⑸杓瞥鼋颇P徒辛顺醪降氖笛檠究;其后不少学者对带阶梯板的纵弯复合超声换能器从理论上不断进行了深入研究,但实际应用研究较少。基于这些认识,笔者认为有必要结合理论知识,从实践角度对阶梯板超声换能器做较为系统的研究,毕竟理论和实践还是有一定距离的,可以从实验中不断的发现问题,为阶梯板纵弯复合超声换能器的应用提供参考。本文首先对纵弯复合超声换能器的弯曲振动理论进行了研究和计算,推导了圆形平板的弯曲振动理论、圆形阶梯板弯曲振动的近似理论和精确理论、绘制了各自的声场指向性图、在前人只对个别情形计算的基础上,根据精确理论率⒆杂杀呓缣跫虏煌滋莅搴穸甇自仃后两值分别对应阶梯板两阶梯的厚度,下同..,甇..时,一阶和二阶振动的各节圆半径;其次利用通用有限元软件D饬松鲜给定材料、频率和自由边界条件下、两节圆杂Π刖段..的圆形阶梯板行陌夹超声换能器和相同半径下穸仍残纹桨宄荒器的辐射声场、以及两种换能器分别相距时的接收信号,从另一个角度对前述理论进行验证;再次,根据理论计算值,设计制作了具有代表性的相同半器、以及三种不同结构设计的阶梯板行陌夹超声换能器、多种不同振源直径的阶梯板行陌夹超声换能器,以及与之相对应厚度的中心凸型阶梯
试验证,实验表明,实验结果与理论假设符合得比较好,对实践应用具有一定的参考价值。最后,对本文的工作了进行总结,提出文中的不足,并给出改进建议。关键词:气介超声换能器,阶梯板,弯曲振动,相位补偿,指向性摘要
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第引言概述超声物理是超声工程的基础,它为各种各样的超声工程应用技术提供必要的理换能器等;按照换能器的形状,可分为棒状换能器、圆盘型换能器、圆柱型换能器、球型换能器等:另外,不同的应用需要不同形式的超声换能器,如平面超声学出现于世纪初期,它是以经典声学理论为基础,同时结合无线电电子学、数字信号处理技术、雷达技术、固体物理、流体物理、生物技术和计算机技术等其它领域而发展起柬的一门综合性高技术学科⋯。它不仅在一些传统的工农业技术中获得广泛应用,而且已经渗透到国防、生物、医学及航空航天等高技术领域瞳3е饕Q芯砍ㄔ诓煌橹手械牟⒋úァ⒔邮铡⑿号处理及有关的效应等问题。超声物理和超声工程是超声学的两个主要方面。论及实验依据;超声工程的研究内容主要包括各种超声应用技术中超声波产生、传播和接收系统的工程设计及工艺研究。超声换能器是超声工程技术中极其重要的部分之一,是声学换能器中发展最快的一个分支领域。顾名思义,换能器就是进行能量转换的器件。吲,是将一种形式的能量转换为另一种形式的能量的装置。在声学研究领域,它主要是指电声换能器,它能实现电能和声能之间的相互转换。从大到整幢楼