典型活塞换能器声场分布及其指向性

为了比较分析形状各异的声源声场分布及指向特性,利用瑞利积分和加法定理,计算出5种典型活塞声源辐射声场的远场声压分布和指向性函数,分析了辐射频率和几何尺寸对指向性的影响,并采用MATLAB进行二维及三维的仿真模拟。结果表明,方形(环)活塞的指向性要好于等面积的圆形(环)活塞的指向性;在活塞尺寸不变的情况下,频率增大,所有形状活塞换能器指向性均增强;当频率和外径不变时,内径尺寸对环形活塞指向性影响较小;当频率和内径不变时,外径越大,环形活塞指向性越好。     

环状活塞声源辐射声场指向性研究

利用瑞利积分,计算了环状活塞声源辐射声场的远场声压分布和指向性函数,分析了影响辐射声源指向性的几个因素.结果表明,当环状活塞的尺寸一定时,辐射频率增大,辐射声场指向性增强;辐射频率和环宽一定时,随活塞内径增大,辐射声场指向性增强;辐射频率和内径一定时,随活塞外径增大,辐射声场指向性仍增强;辐射频率和外径一定时,随活塞内径增大,辐射声场指向性增强.这表明辐射声场的指向性与环宽无必然因果关系.     

椭圆形活塞声源辐射阻抗的计算

利用瑞利积分推导椭圆形活塞声源辐射阻抗的四重积分表达式,应用高斯数值积分得到椭圆形活塞声源辐射阻抗的数值解.结果表明:椭圆形活塞声源的辐射阻抗与波数和活塞的面积相关,椭圆形活塞声源在高频段的辐射声功率比低频段的要大,而高频段的同振质量比低频段的要小.     

方形环状活塞声源的辐射声场研究

研究了方形环状活塞声源的辐射特性,利用瑞丽积分,计算了它的远场辐射声压分布以及指向性公式。并绘出了辐射声压的远场指向性图,同时与圆形环状活塞声源的指向性作了对比．结果表明,当方形环状活塞的尺寸一定时,辐射频率增大,辐射声场指向性增强;在同一声波频率以及相同尺寸的情况下,方形环状活塞要较圆形环状活塞的远场指向性更尖锐．     

方形活塞声源辐射阻抗的数值计算

利用高斯数值积分方法,推导了方形活塞辐射阻抗的三重积分表达式,计算了方形活塞声源的辐射阻抗.结果表明,方形活塞的辐射阻抗是波数和活塞边长乘积的函数,系统在高频段向外辐射的声功率比低频段大,高频段同振质量比低频段小.     

多阶梯圆盘辐射阻抗的计算与分析

根据频率方程设计弯振阶梯圆盘时,若盘的工作频率一定,其基底厚度和半径可以有多种变化.为提高辐射效率,希望辐射阻尽可能大.作者利用叠加法,以二阶梯圆盘为例,推导出多阶梯圆盘辐射阻抗的计算公式,计算了阶梯数目一定时,相对辐射阻抗与基底厚度的关系,也计算了基底厚度一定时,相对辐射阻抗与阶梯数目的关系.结果表明,基底厚度越大、阶梯数目越多(对应的半径也越大)的阶梯盘,其相对辐射阻越大,但辐射抗的变化规律并不明显.     

基于不同阵元换能器阵列的指向性研究

分别以圆形、圆环形和矩形活塞声源为阵元组成线列阵,得出3种阵列的指向性函数,并对其指向性进行了对比分析.结果表明,阵元的形状、间距、尺寸、数目对指向性有一定的影响,在条件相当的情况下,圆环形阵元组成的阵列指向性最好.     

圆形活塞圆周阵组合声源的远场指向性

为获得强指向性声源,设计了圆形活塞圆周阵组合声源,根据复合系统的指向性理论推导出声源远场的指向性函数.仿真结果表明:声源远场辐射均匀;声频越高,指向性越强;频率一定,活塞半径增大时,声源指向性也相应增强.相比单活塞声源和活塞个数相当的矩形阵活塞声源,该声源指向性较强.对由6片PZT-4压电陶瓷晶片组成的圆周阵水声发射换能器的实测结果表明,测量值与理论值基本一致,从而证明了该指向性函数的正确性.     

六边形活塞声源辐射远场研究

利用瑞利积分，计算了六边形活塞声源辐射远场的声压分布以及指向性公式，并对指向性公式进行仿真研究．结果表明，与圆形、方形活塞的辐射远场相比，在声波频率、活塞面积相同条件下，六边形活塞声源的辐射远场相对比较均匀。     

辐射板对磁致伸缩换能器输出特性的影响

辐射板作为磁致伸缩换能器的最终输出元件,它所选用的材料、尺寸、形状将直接影响换能器的工作特性。本文在换能器工作原理的基础上,通过有限元软件ATILA模拟仿真在相同激励力、边界条件下,不同材料、尺寸、形状的辐射板对磁致伸缩换能器输出特性(频率、振动幅值、声压幅值)的影响。结果表明:硬铝材料辐射板出现活塞振型时振幅最大;增加辐射板直径D可有效增加辐射板振动幅值,同时增加辐射板辐射声压值,增加辐射板厚度H可有效增加辐射板出现活塞振型的频率值;凹球面辐射板出现活塞振型时振幅最大,对应谐振腔中声压幅值最高。以上分析结果为合理设计辐射板结构提供了参考。