基于压电复合结构的水下声学接收换能器的研究

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本文在研究了陶瓷/聚合物1-3型压电复合结构以及金属/陶瓷钹式压电复合结构性能的基础上,研究了一种新型金属-1-3型压电复合换能器。这种新型复合结构,能够解决1-3型压电复合结构电极引出困难、容易变形等缺陷,同时发挥钹式结构的等效纵向压电参数的优越性能。两种复合结构有机的结合在一起,使其构成的新型压电复合换能器具有很高的等静压压电常数。   本文主要研究了具有高静水压压电常数的新型金属-1-3型压电复合换能器在水下声学接收换能器中的应用。研究了水下声学接收换能器的工作原理,建立了水下声学接收换能器在静水压下的数学模型,得出了水听器的自由场电压接收灵敏度Mel与1-3型压电复合钹式换能器的静水压压电参数和形状参数的数学关系,以及1-3型压电复合钹式换能器的静水压压电参数与金属端帽形状参数的关系式。利用有限元分析软件ANSYS对1-3型压电复合钹式换能器进行了分析。主要分析内容包括应变的分布,等效等静压压电常数geh与换能器的结构参数的关系,换能器的固有频率特性,得出了复合材料性能在以上参数发生变化时随之变化的规律。   本文制作了基于1-3型压电复合钹式换能器的水听器的实验样机。主要设计内容还包括电荷放大电路和信号处理电路的设计。   本文还通过水下实验对水听器的性能进行了分析。主要测试分析了水听器的自由场电压接收灵敏度和指向性。   最后,关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。
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