多模宽带换能器及其基阵

水声换能器是水下信号收发的关键器件，它的工作频带是影响其性能的一个重要因数，拓宽换能器频带一直是换能器研究的主要问题。目前展宽换能器频带的方法主要有两种：(1)降低换能元件的机械Qm值，(2)换能器元件采用多模振动耦合。现行的换能器部分是采用降低材料Qm值展宽频带，而更多的则是采用多模振动耦合，将两种方法结合使用的换能器，目前还未见有报道。本项目针对平面换能器及其基阵，拟结合采用两种方法开展其宽带技术的研究，以实现元件的低机械Qm值与多模振动耦合的有机结合。项目拟采用陶瓷/环氧树脂1-3-2型压电复合材料作为换能元件，通过切割压电陶瓷，切缝中浇注环氧树脂制成复合材料以降低Qm值；同时控制切槽深度成周期分布，使每个瓷柱单元的振动频率相互靠近并耦合, 使它的组合频率响应不产生间断和过深的凹谷，则在一个周期内将形成复合多模振动，即能有效地拓展换能器的带宽。该元件兼有低Qm值和多模振动耦合的特点。

项目以拓宽换能器频带为研究目的，采用低机械品质因数（Q值）复合材料结合多模振动耦合的宽带技术，通过制备陶瓷/聚合物复合材料降低敏感元件的Q值，突破复合材料元件基阵等高分布的构织技术，采用非等高切割成形高度周期分布的阵元，研制多模耦合复合材料敏感元件基阵；探索复合材料圆柱形基阵成形工艺，应用柱形基阵研制圆柱阵换能器样机，样机的发射电压响应达到163dB，发射频率190 kHz，带宽34kHz，声源级190dB，水平指向性开角360°，其中发射电压响应较现行的同类换能器提高近5dB，带宽扩展约15kHz。项目研究的相关技术已申请3项国家发明专利，研究成果获北京市科学技术三等奖1项，发表论文12篇（SCI收录2篇，EI收录10篇）。