PMN-PT单晶探针水听器的研制

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针对传统的压电陶瓷(PZT)探针水听器频率响应不够宽,压电薄膜(PVDF)探针水听器的灵敏度不够高以及国外高性能探针水听器价格昂贵等问题,本文选择压电性能优异的新型弛豫铁电单晶材料PMN-PT作为探针水听器的压电元件,结合前端匹配技术来制作探针水听器,旨在提高灵敏度和拓宽频率响应。首先通过理论推导确定了匹配层的声阻抗,并完成了匹配层的制作和相关参数的测定。其次参照常见的探针水听器进行设计,并将其等效为KLM电路。然后结合Matlab进行性能模拟,结果显示匹配层最佳匹配厚度为80μm。理论上PMN-PT探针水听器的灵敏度可以达到-239.6dB,比同尺寸的PZT和PVDF探针水听器分别高3.8dB和18.8dB;平坦的频率响应在2.80~12.08MHz,比PZT水听器展宽了 3.28MHz。最后进行探针水听器的制作和灵敏度、频率响应和指向性测试。性能测试结果显示,PMN-PT探针水听器平坦的频率响应在4~12.5MHz,带内起伏±3dB;带内灵敏度最高达到-238.1dB;频率1.2MHz时PMN-PT探针水听器-3dB的指向性开角为36°,-6dB的指向性开角为51°。实验结果与模拟结果一致性较高。
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