[其他]15KHZ-25KHZ水声标准发射换能器

说明书

本发明属于水声和水下噪声声学换能器。

一般的标准水声发射换能器的辐射声压频率响应曲线是向上升的倾斜线。例如丹麦B.K公司8100型8103型标准测量水听器的辐射声压频率响应曲线典型地说明了是一个单峰形曲线，曲线峰点的频率，即是谐振频率，其主要原因是一般水声换能器的设计都是工作在单一振动模式上，即设计压电元件时，将它的各种振动模式的谐振频率错开很远。

本发明的目的是制造一种适于水声实验室及水下噪声试验场应用的标准水声发射换能器。在常用的频率范围15KHZ－25KHZ内辐射声压频率响应曲线平坦均匀、水平方向性均匀、垂直方向性开角比较大的标准水声辐射声源。它的用途可以作为水声实验室互易校准时的互易换能器，作比较法校准其它被测水听器的发射声源，作鱼雷检验时的模拟噪声源，作海上水声测量时的标准水下声源等等。

本发明是利用PZT－4薄壁陶瓷短圆管来作成短圆柱形水声换能器。这样就可以满足方向性要求。压电陶瓷短圆管内壁和外壁为银层电极，径向极化。径向极化的压电陶瓷圆管在电场E₃的作用下，在径向均匀辐射声能的情况下，压电方程为：

S₁＝S^E₁₁T₁＋S^E₁₂T₂＋S^E₁₃T₃＋d₃₁E₃

S₂＝S^E₁₂T₁＋S^E₁₁T₂＋S^E₁₃T₃＋d₃₁E₃（1）

S₃＝S^E₁₃T₁＋S^E₁₃T₂＋S^E₃₃T₃＋d₃₃E₃

其中：1－轴向，2－周向（切向），3－径向（壁厚）。

S₁，S₂，S₃－沿轴向，周向，壁厚（径向）的应变。

S^E－压电陶瓷材料的柔性系数，S^E₁₁＝S^E₂₂，

S^E₁₃＝S^E₂₃＝S^E₃₁＝S^E₃₂。

T₁，T₂，T₃－正应力。

d₃₁d₃₃－压电系数，d₃₁＝d₃₂。

E₃－沿壁厚方向的电场强度。

在电声转换线性变化的情况下（换能器的工作情况一般都必须满足线性的条件），（1）式可以分解为三个部分：

其中

（2）式、（3）式、（4）式相加就等于（1）式，这符合线性压电效应的原理。

（2）式中的d₃₁E₃代表轴向压电应变，它所引起的振动，即为轴向振动模式，轴向振动模式的谐振频率即为圆管的纵向谐振频率f₁

f₁＝ (C)/(2l) （6）

C－压电陶瓷圆管材料中的声速，（7）

l－压电陶瓷圆管的长度。ρ－压电陶瓷的密度。