法林 张敏津 张琦 陈文辉 丁鹏飞 梁猛 牟锦鹏 汤少杰 张运启

摘要：基于傅里叶变换和线性叠加原理，建立了一种压电薄球壳换能器瞬态响应分析模型。当换能器被多频电驱动信号或声波信号激励时，其瞬态响应可用一系列并联的等效电路构成的传输网络来描述。对应于电/声信号中不同频率分量的每个等效电路都有各自不同的辐射力阻和辐射质量，每个频率分量都独立地作用于对应等效电路的电端/机械端上，所有等效电路中机械端/电端的累积输出信号就是辐射/测量的声/电信号。论文在理论上给出了换能器的电一声转换/声一电转换可以存在的三种状态（过阻尼、临界阻尼和振荡模式）的解析表达式，为压电换能器的优化设计提供了一种理论依据。在实际中，只有振荡模式才具有应用价值。基于这种理论模型，对换能器的瞬态响应进行了理论计算和实验测量，计算结果与实验测量结果基本一致。与以往发表的文献中所采用的假设声源模型相比，本文提出的换能器瞬态响应模型更为符合实际情况。

关键词：薄球壳压电换能器;冲击响应;线性叠加;并联等效电路网络;傅里叶变换

中图分类号：TN712⁺.5;TN912文献标志码：A 文章编号：1004-4523（2020）02-0237-10

DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2020.02.003

引言

压电材料所具有的特性是它的电一机/机一电转换能力，可将电能转换为机械能，也可将机械能转换成电能。这种特性已被广泛用于地球物理勘探、电子工程和生物医学工程等领域中。由于压电换能器具有噪音低、功耗小和机械尺寸小等优点，也被广泛地应用到声学实验测量、声波测井（包括井眼超声成像）、移动互联网通信、血管内超声、医学影像、测距仪、生物特征识别和植入式微型设备等电子装置中。……