目前發展趨勢有兩種,一是將工作頻率進一步降低以對抗岸基警戒聲吶,二是尺寸減小以實現快速裝填及多點布放。這就要求超聲波換能器要有更小的體積和更低的工作頻率,常規換能器已經難滿足使用要求,針對這些迫切問題,近年來國內外開始加強適用于對抗器材的新型換能器的研究,取得很大進展。
1、彎曲圓盤組合式換能器
彎曲圓盤組合式換能器是 21世紀初發展起來的一種大功率、小尺寸換能器系統。該換能器通過基元間的互輻射作用,可以降低諧振頻率,實現低頻,大功率發射的目的。彎曲圓盤換能器基元是用兩片對稱發射的雙疊片,通過薄圓環連接在一起,薄圓環與雙疊片粘接,形成邊緣簡支條件。上下兩片陶瓷片安裝時正負方向相反,當外加信號時,陶瓷片徑向收縮帶動金屬片進行彎曲振動,從而向外輻射聲波。構成彎曲圓盤組合式換能器的各個彎曲圓盤基元在高度方向上按間隔密排堆疊而成,當換能器工作時,基元間強烈的互輻射作用會增大換能器基元間的 輻 射 阻 和 等 效質 量 抗 ,由 公 式ωres = 1 (m11 + mr1)c11可知組合式換能器的諧振頻率隨著等效質量抗的升高而降低。
2、開縫圓環換能器
開縫圓環換能器是新發展起來的低頻小尺寸換能器的典型代表。其基本結構如圖4所示,壓電陶瓷梯形長條片拼接成內部的壓電陶瓷環,壓電陶瓷環沿高度方向開一條狹縫,以降低結構的等效剛度;緊靠壓電陶瓷環外表面包覆輕質材料如碳纖維、鋁合金等作為輻射殼體;殼體外部包覆透聲橡膠實現水下密封。換能器工作時,壓電陶瓷驅動開縫殼體在開縫附近作擴張振動,向外發射聲波。有研究人員研制出的換能器樣機,直徑約為 300mm,諧振頻率可以達到100Hz以下,而且該換能器可以做成溢流結構,理論上沒有深度限制,非常適合甚低頻聲誘餌設備的要求。
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