我国水声换能器技术研究进展与发展机遇

低频换能器研究进展

针对超远程水下信息传输和超隐身潜艇探测发展的迫切需求，低频发射换能器成为 21 世纪以来水声换能器领域最受关注的热点方向之一，国外超远程探测与通讯声呐工作频带已经降低到 100 Hz 左右。低频换能器涉及许多理论和技术层面的问题，目前还没有很好地解决，这方面仍将是未来发展中的研究热点与关注焦点。本节选择弯曲振动低频换能器和弯张换能器的研究工作，总结其中的新技术成果。

弯曲振动低频换能器

低频换能器的发展首先面对的技术问题就是几何尺寸，一般谐振式换能器的工作频率与几何尺寸成反比，也就是说换能器的频率越低则几何尺寸将会越大，弯曲振动可以有效缩减低频换能器的几何尺寸。国内近 20 年在弯曲振动低频换能器方面的新设计主要包括弯曲梁换能器类、弯曲圆盘换能器类等。

弯曲梁换能器。刘永平等设计一种圆筒悬臂梁宽带发射换能器（图 1a），结构设计中将弯曲振动模态频率低的特点和多模态振动耦合拓宽频带的方法结合起来。柴勇等提出一种管梁耦合圆环换能器（图 1b），通过在镶拼圆环换能器中加入弯曲梁组成管梁耦合结构，增加了有效工作模态。利用多模耦合作用实现低频、宽带工作特性。采用了溢流结构，经过 3 000 m 深海潜标实际应用验证了其耐静水压能力。Xu 等提出柱面弯曲低频换能器的 2 种设计方案（图 1c 和 d），进行了系列仿真模拟，给出了新型磁致伸缩材料 Terfenol-D 及 Galfenol 驱动的发射响应曲线，展示了该换能器结构具有超低频应用的潜力。

图 1弯曲梁低频换能器的新设计

（a）中 0为固定梁， 1—5为不同厚度的柱面梁

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