1-1-3型压电复合材料宽带换能器
换能器技术
◆ 弯张换能器
弯张换能器的位移放大作用
常见的七种弯张换能器
稀土IV弯张换能器
新型弯张换能器
六元弯张换能器线阵
特点：频率低、大功率、尺寸小、重量轻等。 主要应用于低频主动声呐、各种低频水声实验
利用液腔谐振，实现小体积、低频发射 液腔谐振与其他模态（结构振动、高阶液腔谐振等）一起使用，可实
现宽带 溢流结构，几乎不受工作深度限制 工程实践中腔体形态灵活多样，不拘泥于传统的Helmholtz腔体结构
Multiport Helmhotz transducer Janus Helmhotz transducer
绪论——水声换能器分类、应用及分析设计方法 桑永杰
为什么要学习认识换能器？
主动声呐方程：（混响背景） （SL-2TL+TS）-RL＝DT
SL-声源级，反映发射换能器辐射声功率大小。 提高声源级，即提高辐射信号的强度，相应也提高回声信号 强度，增加接收信号的信噪比，从而增加声呐的作用距离。
1.什么叫换能器
7
1.艇艏圆柱阵（收、发共用） 5. 声速梯度仪基阵 8.鱼雷报警基阵
3
9
2.中频基阵 6.都卜勒测速仪基阵 9.测深（防碰）基阵
6
3.舷侧阵 7.被动测距基阵 10. 拖曳线列阵
2 4.侦察阵
水声换能器基阵在潜艇上应用实例
4.水声换能器的分类
A. 按照工作方式分
发射换能器（transducer/projector） 接收换能器（水听器，hydrophone）
高 低频基本无指向性
换能器的发展和应用
超声换能器的发展和应用1.换能器的概述1.1发展历史超声换能器是实现声能与电能相互转换的部件。
最早的超声换能器是P1 郎之万(P1L angevin) 在1917 年为水下探测设计的夹心式换能器。
这个换能器是以石英晶体为压电材料, 用两块钢板在两侧夹紧而成的。
1933 年以后出现的叠片型磁致伸缩换能器, 强度高、稳定性好、功率容量大, 迅速取代了当时的郎之万换能器。
到了50 年代, 由于电致伸缩材料、钛酸钡铁电陶瓷、锆钛酸铅压电陶瓷的研制成功, 使郎之万型超声换能器再度兴起。
目前压电超声的应用范围很广, 且对超声测量精度、测量范围、超声功率以及器件的微小化程度的要求越来越高。
目前妨碍超声广泛应用的原因是缺少适用、可靠、经济、耐用的超声换能器。
超声换能器历来是各种超声应用的关键部件, 国内外均大力研究, 近年来取得了很多成就。
1.2分类：压电超声换能器的种类很多, 按组成超声换能器的压电元件形状分为薄板形、圆片形、圆环形、圆管形、圆棒形、薄壳球形、压电薄膜等; 按振动模式分为伸缩振动、弯曲振动、扭转振动等; 按伸缩振动的方向分为厚度、切向、纵向、径向等; 按压电转换方式分为发射型(电2声转换)、接收型(声2电转换)、发射2接收复合型等。
1．超声压电材料的发展：(1)压电复合材料换能器：目前压电陶瓷足超声成像换能器中最常用的材料，具有机电转换效率高、易与电路匹配、性能稳定、易加工和成本低等优点得到，一泛应用。
同时，压电陶瓷材料也存在声特性阻抗高，不易与人体软组织及水的声阻抗匹配；机械品质因数高，带宽窄；脆性大、抗张强度低、大而积元件成型较难及超薄高频换能器不易加工等缺陷。
20世纪70年代美国Newnham等J开始对复合材料的研究，复合材料是将压电陶瓷和高分子材料按一定的连通方式、一定的体积比例和一定的空间几何分布复合而成，目前研究和应用最广泛的为l～3型压电复合材料，其具有高灵敏度、低声特性阻抗、较低的机械品质因数和容易：成型等特性复合材料超声换能器可实现多频率成像、谐波成像和其他非线性成像，其性能明显优于压电陶瓷材料制作的换能器。
换能器材料
磁致伸缩式换能器的原理
当有外加磁场作用时， 由于这种磁畴将发生转动， 使其磁化方向尽量与外磁场方向趋于一致， 从而使该材料沿外磁场方向的长度将发生变化，表现为弹性应变（当然，这种变形引起的应
变是很小的，约在 10-5~10-6 之间） 。这种现象即是磁致伸缩效应。相反，具有磁致伸缩 效应的材料在经受外加应力或应变时，其磁化强度也会发生改变，此即为逆磁致伸缩效应。 这样，在对磁致伸缩材料施以交变磁场时，该材料将沿磁力线方向发生磁致形变，从而 可以在与它表面紧密接触的介质中激发出机械振动波-超声波。同样，利用逆磁致伸缩效应 则可达到接收超声波的目的：施加到磁致伸缩材料上的应变（弹性应力-超声波作用力）将 使处在外加磁场中的该材料其磁场的磁通密度发生变化（此即所谓磁弹性效应），从而使位 于该材料表面上的检测线圈中将因磁通密度变化而产生感应电势， 可以用作磁弹性效应的信 号， 达到接收超声波的效果 （注意磁场方向应和应力方向-超声波产生的质点振动方向一致） 。
老化:压电陶瓷在经过极化上电极是暂时加热到高温或较大扰动后，其参数随时间变化 而变化称老化 居里点：压电陶瓷的性能随温度变化，温度超过某一温度时，压电性能会完全消失。 电退极化：在压电陶瓷上加与原来极化电场相反的强电场，将引起退极化， 抗张强度：抗张强度《抗压强度 压电陶瓷是一种重要的功能材料具有优异的压电、 介电和光电等电学性能， 被广泛应用压 电陶瓷换能器的特点是：致密度高、机械强度高、加工容易、适合大批量生产。经过一些容 易实现的加工手段就可制成任何给定的形状和几何尺寸。 它们的化学特性不活泼， 不易受化 学腐蚀，不受湿气和其他恶劣气候条件的影响。此外，这些陶瓷的机械定向和电学定向可与 陶瓷的形状确定取向。这些定向是极化过程中定下来的，该过程使陶瓷出现压电特性。直流 极化场的方向决定了机械和电学定向的方向。 对极化后的压电陶瓷换能器可在各个方向或组 合方向上展现压电分为： [1]线型磁致伸缩：在发生应变时，材料的体积不变，但在长度方向上伸缩变化的程度大， 这是磁致伸缩式换能器主要应用的类型。但是，它只能在居里温度以下的情况发生，若温度 超过居里点后将只能存在体积型磁致伸缩。 [2]体积型磁致伸缩：在发生应变时，材料的体积也会发生变化。
医用超声探头的研究进展
医用超声探头的研究进展安玉林;周锡明;沙宪政【摘要】本文阐述了医用超声探头在超声诊断设备发展中的重要地位，介绍了医用超声探头的应用现状，同时从材料工艺、结构技术以及应用等方面分析了医用超声探头的发展现状和前景。
%This paper analyzed the importance of the medical ultrasound probe in development of ultrasound equipment and introduced its current applications. Additionally, the current development and future prospects of the medical ultrasound probe were also analyzed from various perspectives including the material technology, structure technology and its applications.【期刊名称】《中国医疗设备》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】4页(P71-73,62)【关键词】医学超声设备;医用超声探头;超声换能器【作者】安玉林;周锡明;沙宪政【作者单位】解放军四零一医院医学工程室，山东青岛，266071;岳阳市一人民医院设备科，湖南岳阳，414000;中国医科大学生物医学工程系，辽宁沈阳，110001【正文语种】中文【中图分类】R197.39随着科技的进步，医用超声诊断设备不断地朝着宽频带化、数字化、多功能化、多维化、信息化发展。
如今的超声诊断领域出现了多种新的技术，如超声内窥镜、超声CT、多维超声、血管内超声等。
超声诊断技术在现代化医院内具有重要地位，其中医学超声成像技术、X-CT、MRI及ECT是4大医学影像技术[1]。
超声探头在各类超声诊断设备中占有重要的位置，常被称为超声诊断仪的“眼睛”，它既能将高频电能转换为超声机械能向外辐射，也可以接收超声波并将声能转换为电能，即具有发射和接收超声波双重功能，其性能和品质直接影响整个系统的性能。
水声换能器
一、1-3-2型复合材料矩形线列换能器阵(1) 矩形线列换能器阵结构利用1-3-2型复合材料阵元组成的矩形线列换能器阵结构见图1，该线列阵由四片矩形1-3-2复合材料阵元构成，阵元沿直线紧密排列。
四个1-3-2型复合材料阵元的外形尺寸、内部结构完全相同，均为25mm×25mm×5mm的矩形薄片，内部结构的每个周期中陶瓷柱截面为0.84mm×0.84mm，环氧树脂宽为0.43mm，陶瓷基底厚为0.5mm。
1-3-2型复合材料矩形线列换能器阵的其它辅助部件包括换能器外壳、背衬、解耦材料、聚氨酯、电极引线和电缆等。
其中外壳材料选用金属黄铜，形状为上部敞口的长方体空盒，外形尺寸为114mm×33mm×15mm，四面侧壁厚度为2mm，底座厚6mm，其中开有83mm×4mm×3mm 的走线槽。
另外，底座中心还有一直径3mm的通孔，用于同轴电缆穿过。
外壳的作用主要是定位阵元，承受压力和抗腐蚀等。
设计中采用硬质泡沫塑料作为换能器的背衬和边条，背衬和边条厚度均为2mm，复合材料阵元通过环氧粘接剂粘在背衬上，背衬具有反声、绝缘的作用；每个阵元四周由硬质泡沫边条将阵元之问、阵元与外壳之间隔离，目的是解耦和绝缘。
另外，背衬和边条还起到定位复合材料阵元的作用。
换能器阵元上表面，即换能器辐射面被覆有2mm厚的聚氨酯匹配层，用于防水、透声。
图1矩形线列换能器阵结构(2) 矩形平面阵结构图2矩形平面阵结构(a)整体结构(b) 剖面结构(c) 外壳结构(3) 圆柱形换能器(b)图3圆柱形换能器参考附件中李莉的毕业论文112-128页二、平面水听器及双激励加匹配层换能器（非压电复合材料）参考杭州应用声学所三、tonpliz型水声换能器（非压电复合材料）参考西北工业大学四、低旁瓣水声换能器参考中国海洋大学五、侧扫声纳系统结构图参考中科院声学所。
《换能器技术》
编辑课件
编辑课件
（4）发射电压响应级（ Transmitting Voltage Response,单位：dB） a.体现换能器自身的声辐射潜力 b.计算公式： TVR=20log(P.d/V)+120 dB =20log(e.d/V)+120-M dB c.与声源级的关系： SL=20log(V)+TVR d.显示换能器的工作带宽,进行结构优化的依据
六元弯张换能器线阵
特点：频率低、大功率、尺寸小、重量轻等。 主要应用于低频主动声呐、各种低频水声实验
编辑课件
◆ 圆管换能器
压电陶瓷圆管内外表面铺设电极，激发圆管的径向 振动；大尺寸圆管换能器需由压电陶瓷条镶拼而成。
各种压电陶瓷圆管
编辑课件
镶拼圆管
非溢流圆管换能器
溢流圆管换能器
特点：水平无指向性、大功率、耐静水压等。 主要应用于吊放声呐、声呐浮标声呐、各种水听器等。
UW600
SL:（max）188dB 频带：4Hz-20kHz 重量：1070kg 耐压：200m
编辑课件
哈尔滨工程大学水声换能器研究室研制的 甚低频电动式声源，最低工作频率5Hz
性能指标及结构特点
◆ 工作频带： 5Hz- 1kHz
◆ 声源级：160dB ◆ 工作深度：0-50米 ◆ 结构尺寸：
外径 ø206mm， 高度580mm ◆ 重量： 25kg ◆ 耐海水腐蚀金属涂 层(盐雾试验可以达到 800小时)
弛豫铁电单晶
（PMN－PT 和PZN—PT ）
如石英，1917 年，朗之万制 成第一个实用
换能器
水声换能器——绪论
优点：⑴ ⑵ ⑶ ⑷
分析任意结构的换能器 结果直观、准确 工作状态仿真 应用广泛
4．边界元法
根据积分定理，将区域内的微分方程变成边界上的 积分方程，将边界离散成有限个单元，把边界积分方
程离散成代数方程，最后变为计算关于节点未知量的
代数方程组问题。 优点：边界划分单元，问题降一维 缺点：不能模拟复杂结构换能器内部的精细结构
七、水声换能器课程的主要内容
• • • • • • 压电陶瓷的物理性能和压电方程 压电陶瓷换能器设计（等效电路法） 水听器的分析与设计 有限元方法 新型换能器 换能器与基阵的指向性
习
一、概念题
题
1．换能器 2．等效电路法 3．有限元法
二、简答题
1．声纳方程中有哪些参数与换能器有关? 2．等效电路法、有限元法、边界元法的优缺点 3．换能器的发展趋势？ 4．换能器的研究包括哪几方面的技术？ 5．瑞利法最早被用于分析那种类型的换能器？ 6．请说出几种常用的换能器？ 7．请说出几种常用的换能器基阵？
• 包括：线列阵、平面阵、圆柱阵、球形阵
参量阵、乘积阵、合成孔径阵、恒定束宽阵 舷侧阵、共形阵、 拖曳线列阵等等
• 水下声系统：换能器或基阵还要使用其它 的一些声学部件，如：导流罩、声障板等， 统称为声系统。用于水下的就称为水下声 系统。 湿端——水下声系统 干端——电子设备、信号处理部分
复合棒换能器
种换能器具有频率低、带宽。易与水匹配等特点。
• 超磁致伸缩稀土材料Terfenol-D：
铽、镝、铁三元稀土合金 Tb0.3Dy0.7Fe2，70年代由美国海军防卫 研究所（NOL）A.E.Clark博士研制 优点 ：应变值比镍大40-50倍，比PZT大5-8倍 能量密度比镍大400-500倍，比PZT大10-14倍 声速低、尺寸小，居里点高 缺点 ：材质脆、机械加工困难、高频涡流损耗大 价格贵（2万元/公斤）
压电陶瓷
研究1-3型压电复合材料的意义：单相压电陶瓷，例如PZT压电陶瓷，各向异性小，使得径向振动对厚度振动的干扰大；声阻抗大，不易与人体软组织及水的声阻抗相匹配；机械品质因素高，带宽窄；静水压灵敏度低等，从而使得单相压电陶瓷的应用受到一定的限制。
而压电高聚物具有密度低，柔性好、阻抗低，易于轻质负载匹配的特性，所以在水听器、生物医学等领域中获得很好的应用。
由于单一高聚物存在着压电常数低、各向异性和极化困难等不足。
由于压电高聚物材料克服了传统压电材料和单一高聚物的不足，具有压电性强、脆性低、密度低和介电系数小且易于制得复杂形状制品等显著优点。
（大部分高聚物在较高温度下易于软化且柔性较好的缘故）。
在工业上已有广泛应用。
以聚偏氟乙烯PVDF为代表的高分子压电材料柔顺性好，可制成大而均匀的薄膜，阻抗与空气、皮肤和水匹配，但其压电常数和机电耦合常数较小，工作温度范围窄。
压电复合材料的优点及1-3型压电复合材料介绍压电陶瓷/聚合物复合材料是两者按一定的联通方式、一定的体积或质量比和一定的空间几何分布复合而成的，能够成倍的提高复合材料的某些性能，并具有原成分没有的性能。
根据各项材料的联通方式的不同，可归为10种基本类型。
其中第一个数字代表功能相（陶瓷）的联通维数，第二个数字代表聚合物的联通维数。
聚合物基体的选择：众所周知，陶瓷材料一个致命的缺点就是其脆性比较大，因而极大地限制了其在工程结构上的应用。
而大多数高聚物具有流动性好、成型方便、易于加工，且能增强复合材料的粘结性、耐耐蚀性、并可根据所需形状进行设计等优点，聚合物的偶极距对压电性的产生具有重要作用。
【2】长期以来，很多研究者将高聚物基体仅作为粘结剂作用的连续相进行看待，对材料的整体的压电功能没有贡献。
近些年来，利用激光诱导压力脉冲通过对固体介质中的极化分布和空间电荷分布的测定，证实：聚合物基体对具有不同尺寸和形态的压电陶瓷相的取向、极化等具有很大的影响，并与样品制备与加工技术以及极化条件密切相关。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
收 稿 日期 ：０ ０ １—２ ２ １ —０２ ．
作 了直径为 ７ ｍ的参量阵 ， ６ｃ 名为 Ｕ Ｒ ． ＿． 国 Ｓ Ｄ８ ５ 英 ２ Ｊ
１ ３． ｏ ６ ｃ ｎ。
通信作者 ： 凯． 张
哈
尔
滨
工
程
大
学
学
报
第３ ２卷
该 换 能器 可 以应 用 于 水 声 通 信 领域 Ｊ韩 国 的 Ｚ ｉ ． ｈ Ｔａ ｉ ｎ等人 利用 在 １３型压 电复合材 料 圆管 外 表 面加 ． 匹配层制 作 了宽带 圆管换 能器 Ｊ ． 本 文将 单端激 励 的原理 引入 １３型 压 电复合 材 ． 料 中 ， 此 基 础 上 提 出 了一 种 １１３型压 电复 合 材 在 —． 料 结构 ， 并且 利用 有 限元 方法 ， 运用 大型 有 限元 软件 Ａ Ｓ Ｓ分析 了 １１３压 电复合材 料 的频 率特 性 和 阻 ＮＹ —— 抗 特 性 ， 用 １１３型压 电复 合 材 料 的 一 阶厚 度 振 利 ．— 动模 态 、 阶厚度 振 动模 态 和 三 阶 厚度 振 动模 态 的 二 耦 合设 计 并制 作 了带 宽 为 ２个倍 频 程 的 １１３型压 －— 电复 合材料 宽带 换 能器 ． 而也 解 决 了高 频 换 能 器 从 （ 率大 于 １０ｋ ｚ实 现宽带 发射 的难点 ． 频 ０ Ｈ ）
１３型 压 电 复 合 材料 换 能 器具 有 很 多 优 点 … ： ． 其重量 轻 、 于共形 、 阻 抗率 低 、 用其 制 作 的换 易 声 利 能器 的有 效机 电耦 合 系数 高 、 近 于 压 电 陶瓷 相 的 接
念 ｊ在 此 基 础 上 人 们 对 其 做 了广 泛 的研 究 ． ， 同 时人们 对 １３型压 电复合 材料 在水 声 换 能器 上 的应 ． 用也做 了很 多研 究 工作 ． 国 的 Ｔ ｏ ｓＲ ｏ ａｔ 美 ｈｍａ ．Ｈ ｗｒ ｈ 制作 了尺 寸为 ２４ｍ × ５ ｍ ×６３ ｍ 的大 面 ５ ｍ ２ ４ｍ ．５ｍ 积 １ 型压电复合材料换能器 ． 国水下作战 中 ． ３ Ｊ美 心 的 Ｋｍ Ｃ ｅｊｍｎ利 用 １３型压 电复 合 材 料 制 ｉ ．Ｂ ｎａ ｉ －
ａ ｉ ａ ｓ ｓ ｈ ｅ ｆｒ ｎ ｅ ｏ ｔ ｈ ｎ ａ ｅ ｓ ｗ ｌ ｃ ａ ｇ ，ｔ ｉ ｈ ｎ ｅ ｍａ ａ ｓ ｅ ｏ ａ ｃ ｎ ｔ ｂｌ ｙ ｏ ｓｔ ｍｅ ｐ ｓｅ ，ｔ ｅ ｐ ｒ ｍａ ｃ ｆ ｍａｃ ｉ ｇ ｌｙ ｒ ｉ ｈ ｎ ｅ ｈ ｓ ｃ ａ ｇ ｙ ｃ ｕ ｅ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅ ｉ ｓ ｉ ｔ ｆ ｏ ｌ ｆ ｍ ａ ｉ
Ａｂ ｔａｃ Ｔｈ ｔ ｈ ｎ ａ ｅ ｓ ｃ ｍｍｏ ｌ ｅ ｏ ｅ ｐ ｎ ｈ ａ ｄ ｄｔ ｆ１—３ ｐ ｅ ｏ ｏ ｏ ｉｅ ｔａ ｓ ｕ ｅ ｓ Ｂｕ ｓ ｒ ｔ： ｅ ｍａｃ ｉ ｇ ｌ ｙ ｒｉ ｏ ｎ ｙ ｕｓ ｄ ｔ ｘ ａ ｄ ｔ ｅ ｂ ｎ ｗｉ ｈ ｏ ｉｚ ｃ ｍｐ ｓｔ ｒ ｎ ｄ ｃ ｒ ． ｔ
ｔ ｒ ｎ ｄ ｃ ｒ ｈｅ ｔａ ｓ ｕ ｅ ．Ｂｙ ａ ｐ ｙ ｎ ｈｅ ｃ ｎ ｅ ｔｏ ｉ ｇ ｅ ｅ ｄ ｄ ｅ ｃｔ ｔｏ ｏ １ ３ ｐ ｅ ｏ ｏ ｏ ｉｅ ｍａｅ ａ ，ａ ｎ ｗ ｉ ｚ ｃ ｍ－ ｐ ｌ ｉ ｇ ｔ ｏ ｃ ｐ ｆｓｎ ｌ — ｎ ｅ ｘ ｉ ｉｎ ｔ — ｉ ｚ ｃ ｍｐ ｓｔ ｔｒ ｌ ｅ ｐ ｅ ｏ ｏ ａ ｉ ｐｏ ｉｅ ｓｒ ｃ ｕ ｅ，ｔ ａ ｓ １ １ ３ ｐ ｅ ｏ ｏ ｏ ｉｅ ｍａ ｅｉ ｌ ｓｔ ｔｕ ｔ ｒ ｈ ｔｉ — － ｉ ｚ ｃ ｍｐ ｓｔ ｔｒａ ，ｗａ ｃ ｅ ｅ ｓ ａ ｈｉｖ ｄ．Ｔｈｅ ｆｎ ｔ ｌｍｅ ｔｍｏ ｅ ｆ ａ １ １ ３ ｐｉｚ — ｉｅ ｅｅ ｎ ｄ ｌｏ － — ｅ ｏ ｉ
１１３型 压 电复 合 材 料 宽 带换 能 器 ——
蓝 宇 ，张 凯 ＇
（ ． 尔滨工程 大学 水 声技 术国家级 重点 实验室 ， １哈 黑龙 江 哈 尔滨 １００ ； ． 州应用声 学研究所 ， ５０１ ２ 杭 浙江 杭 州 ３０ １ ） １０２
摘 要 ：－ １３型压 电复合 材料换 能器带 宽的拓展一般采用匹配层 的方法 ， 但匹配层的特性会 随着时间的变化而变化 ， 这会
同相 的 ， 就 是 同时 扩 张或 收缩 ， 也 因此 称 图 ２ ａ 所 （） 示 的激励 方式 为左 右 同相 激 励 ． 由于 同相 激 励 只 能 激 励 出位 移对 称 的奇 数 阶纵 向振 动模 态 ， 法 激励 无 出偶数 阶模态 ． 因此 ， 在第 ２阶纵 向振 动模态 的谐 振 频率处 端 面的位移 很 小 ， 送 电压 响应 曲 线上 出现 发 了一个 很 深 的 凹谷 ， 图 ３ ａ 曲线 １ 示 ． 了激 如 （） 所 为 励 出第 ２阶纵 向振 动模态 ， 须采 用如 图 ２ ｂ 所示 左 （） 右反相 激励 ， 其发 送 电压 响应 曲线 如 图 ３曲线 ２所 示． 如果 ， ２种 激 励 叠加 在 一 起 ， 图 ２ Ｃ 所示 ， 将 如 （）
ｉ ｔ ｅｏ ｄ ｎ ｒ ｔ ｃ ｅｓ ｄ ｓ ｌ ，ａｍ ｔ ｄｗ ｓ ｖ ｃ ｉ ｒａ —ａ ｄｐｏ ｃ ｏ ｅｆｍ ｆｓ，ｓｃｎ ，ａ ｄｔｉ ｉ ｎ ｓ ｍｏｅ．Ａｓ・ ｅ ｏ ａ ｉ ｎｔ ａ ｈｅｅｔｅｂｏｄｂ ｎ ｒ ｅｔ ｎｐ ｒ ｒ － ｒ ｈ ｄｈ ｋ ｏ ｈ ｇｅ ｏ ｖ ｈ ｊ ｉ ｏ
中 图 分 类 号 ：Ｂ ６ 文 献 标 识 码 ： 文 章 编 号 ：０ ６７ ４ （０ １ １—４ ９０ Ｔ ５５ Ａ １０ － ３ ２ １ ） １１７ － ０ ５
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ － － ｉ ｚ ｃ ｍ ｐ ｓｔ ｏ ｄ ｂａ ｄ ｔ ａ ｓ ｕ ｅ ｓ ｓ ａ ｃ ｎ １１３ ｐｅ ｏ ｏ ｏ ｉｅ ｂｒ ａ － ｎ ｒ ｎ ｄ ｃ ｒ
基金 项 目： 央 高 校 基 本 科 研 业 务 费 专 项 基 金 资 助 项 目 中
（ Ｅ Ｃ Ｉ０ ０ ） Ｈ Ｕ ＦＯ ５ ４ ．
作者简介 ： 蓝宇 （９ ４ ） 男 ， １７ － ， 副教授 ， 博士 ； 张凯 （ ９ ２ ） １８ 一 ，男 ，博 士 研 究 生 ，Ｅ ｍ ｉ ｚａｇ ａ ｗ ． ａｌ ｈｎ ｋｉ ｊ＠ ： ｈ
ｃ ｍｐ ｓ ｅ ｔ ｎ ｄ ｃ ｒｗａ ｅ ｐ ｗｉ ｏ ｏ ｉ ｒ ｓ ｕ ｅ ｓｓ ｔｕ ｔ ＡＮＳ ｏ ｔ ｒ ｎ ｈ ｔ ｃｕ ｅ ｏ ｅ ｔａ ｓ ｕ ｅ ｓｏ ｔ ｚ ｄ ｔ ａ ｈ ＹＳ ｓ ｆ ｗａ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｓ ｕ ｔ ｒ ｆ ｈ ｒ ｎ ｄ ｃ ｒｗａ ｐ ｉ ｅ ．Ａ ｆ ａ — ｒ ｔ ｍｉ ｎ ｌ１ ｉ
１ ３ ｐｉｚ ｃ ｍｐ ｓｔ ｒ ｎ ｄ ｃ ｒ ｗａ ｅ ｉ ｎ ｄ ｗ］ｉｈ ｕ ｅ ｈ ｒ ｔ ｅ ｏ ｄ，ａ ｄ ｔ ｉｄ ｔ ｃ ｎ ｓ ｄ ｓ — ｅ ｏ ｏ ｏ ｉ ｔａ ｓ ｕ ｅ ｓ ｄ ｓｇ ｅ ｈｃ ｓ ｄ ｔ ｅ ｆ ｓ ，ｓ ｃ ｎ ｅ ｉ ｎ ｈ ｒ ｈｉｋ ｅ ｓｍｏ ｅ ．Ｔｈ ｎ ｅ ｂａ ｄ－ ｗｉ ｔ ｆｔ ｒ ｎ ｄ ｃ ｒｗａ ２－ ０ｋ ｄｈ ｏ ｈｅ ｔａ ｓ ｕ ｅ ｓ １ ４５ Ｈｚ，ｉ ｉｈ ｔ ｅ ｐ ａ ｒ ｎ ｍｉｔ ｇ ｖ ｌ ｇ ｅ ｐ ｎ ｅ ｗａ ７ Ｂ．Ｓ ｖ ｒ ｌｃ ｎ １ ｎ ｗｈ ｃ ｈ ｅ ｋ ｔａ ｓ ｔ ｎ ｏｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｓ ｓ１ ４ｄ ｉ ａ ｅ ｅ ａ ｏ －
第３ ２卷第 １ 期 １
２１ 年 １ ０１ １月
哈
尔
滨
工
程
大
学
学
报
Ｖ０Ｊ３ № ．１ ２ ． １ ＮＯ ． ０１１ Ｖ２
Ｊｕ ｎ ｌ ｆＨａｂｎ Ｅ ｇｎ ｅ ｎ ｉｅｓｔ ｏ ｒ ａ ｒ ｉ ｎ ｉｅ ｒ ｇ Ｕｎｖ ｒｉ ｏ ｉ ｙ
ｄｉ１． ９９ ｊｉ ｎ １０ ７ ４ ．０ １ １ ． １ ｏ：０ ３ ６ ／． ｓ．０ ６— ０ ３２ １ ．１ ０５ ｓ
其效果与图 ２ ｄ 相同， （） 相当于单端激励 ， 此时， 前三 阶纵 向振 动模态全 部 被 激励 出来 ， 送 电压 响应 如 发
造成换 能器性能的不稳定． 将单端 激励 的原理引入 １３型压 电复合材料 ， 出了一种新的压 电复合材料 结构 ， １１ － 提 即 ．— ３型 压 电复合 材料． 应用 Ａ Ｓ Ｓ软件建立 １１３型压 电复合材料换 能器 的有 限元 模型 ， ＮＹ ．． 然后进行结构 优化 ， 最终制作 了一个 利用 一阶 、 阶和三 阶厚 度振 动模 态的 １１ 二 ．— ３型压 电复合材料宽带换能器 ， 其工作 带宽 为 １２ｋ ｚ ４ ０ｋ ｚ发送 电压响 １ Ｈ 一 ５ Ｈ ， 应最 大值为 １４ｄ ． ７ Ｂ 研究 结果表明 ： 利用 １１３型压电复合材料 的一 阶、 阶和三阶厚度 振动模态 可以拓展压 电复合材料 —－ 二 换 能器的带宽 ， 同时也 给出了一种 高频换能器实现宽带发射 的方法 ． 关键 词 ：—－ １１ ３型压 电复合材料换能器 ； 端激 励 ； 单 宽带 ； 有限元法
ｃｕ ｉ ｎ ａ ｅ ｒ ａ ｈ ｄ ｆ ｍ ｈ ｅ ｅ ｒ ｈ：Ｔ ｅ ｂ ｎ ｗｉｔ ｆｐ ｅ ｏ ｏ ｏ ｉ ｒ ｎ ｄ ｃ ｒ ａ ｅ ｅ ｐ ｎ ｅ ｙ ｔ ｅ ｌ ｓｏ ｓｃ ｎ ｂ ｅ ｃ ｅ ｒ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｃ ｏ ｈ ａ ｄ ｄ ｈ ｏ ｉ ｚ ｃ ｍｐ ｓｔ ｔ ｓ ｕ ｅ ｓ ｃ ｎ ｂ ｘ ａ ｄ ｄ ｂ ｈ ｅ ａ
ａ ｃ ｆａ ｈ ｇ ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｔａ ｓ ｕ ｅ ． ｎ ｅ ｏ ｉｈ—ｒ ｑ ｅ ｃ ｒ ｎ ｄ ｃ ｒ Ｋｅ ｗｏ ｄ １ １３ ｐ ｅ ｏ ｏ ｏ ｉ ｒ ｎ ｄ ｃ ｒ ；ｓｎ ｌ － ｎ ｅ ｘ ｉａｉ ｎ；ｂ ｏ ｄｂ ｎ ｙ ｒ ｓ： — － ｉｚ ｃ ｍｐ ｓｔ ｔａ ｓ ｕ ｅ ｓ ｉ ｇ ｅ ｅ ｄ ｄ ｅ ｃｔｔｏ ｅ ｒ ａ ａ ｄ；ｆｎ ｔ ｌｍｅ ｔｍｅｈ ｄ ｉ ｉｅ ｅｅ ｎ ｔ ｏ