双叠片声压水听器的研制与性能分析

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声压水听器作为被动声呐的核心部分,主要用于水下声信号及噪声声压变化的探测,在水声测量系统中发挥着极其重要的作用。近年来,随着潜艇减振降噪技术的不断发展,使得传统的声压水听器已无法满足浅海海域远距离探测的需要。考虑到声波在水下传播过程中能量的衰减随着频率的降低而减小,且潜艇降噪技术在低频段能达到的效果要比在中高频段差得多;同时,低频海洋环境噪声的测量工作也越来越受到人们的重视,所以研制一种超低频、高灵敏度的声压水听器已是迫在眉睫。  本文系统阐述了叠片式声压水听器的电声转换原理以及运动方程,并明确了其设计要求。通过有限元仿真,分别得到了压电陶瓷谐振频率随自身尺寸的变化规律与金属支架尺寸对声压水听器谐振频率的影响规律,并结合设计要求及工程实践经验,完成了压电陶瓷与金属支架的选型及尺寸参数的确定。  利用 ANSYS软件对声压水听器虚拟样机的模态、谐响应以及接收灵敏度进行了分析,其中,一阶固有频率为5175Hz,模态振型表现为上下两部分同时向中心发生弯曲变形;空气中及水中的谐振频率分别为5180Hz与3780Hz,且超低频段内频响曲线平坦;10~1000Hz频段内的灵敏度级均值为-177.85dB,灵敏度曲线起伏较小,达到了设计要求。  设计了双叠片声压水听器的制作工艺流程并完成了其工程样机的制作。利用实验室的现有条件对工程样机进行了导纳特性测试以及接收灵敏度测试。其中,空气中及水中的谐振频率分别为5070Hz与3680Hz,且超低频段内频响曲线平坦;10~1000Hz频段内的灵敏度曲线起伏较小,均值为-179.86dB。测试结果表明:本文所研制的双叠片声压水听器具有良好的超低频响应特性以及较高的灵敏度,能够很好地满足浅海环境中超低频探测的需要。
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