题目：穿单孔型宽频带夹心式换能器

　　宽频带换能器在民用和军用上都有着广泛而又重要的应用，因此寻求 拓宽换能器的频带有着重要的现实意义。近年围绕拓宽换能器的频带，中外声学 工作者进行了大量的探索，提出了不少提高换能器带宽的方法，这些方法都各有 其特点。 　　本文将对传统的前盖板为喇叭型的夹心式压电换能器结构进行改进，从简单 易懂的等效机电线路出发，首先建立起特殊结构的喇叭型穿孔前盖板的等效线路， 进而推导出穿单孔换能器等效线路，由此得到穿单孔换能器的共振频率方程，并 得到穿孔尺寸与共振频率的关系；推导出在同一参考面穿孔换能器的等效质量、 等效电阻的表达式，进一步得到换能器的机械品质因数和带宽的表达式，得到穿 孔尺寸与这些参数之间的关系，从而设计出宽频带换能器。最后，设计、加工换 能器进行实验验证，实验结果与理论计算符合比较好。 　　本论文的研究内容及创新点主要有以下几个方面： 　　1、穿单孔型宽频带夹心式换能器其结构上的新颖之处在前盖板上：它是在 传统的喇叭型夹心换能器的前盖板上穿一喇叭孔。从变截面杆的机电等效电路出 发，对此结构的等效网络进行推导，得到了前盖板的机电等效电路。最后，将穿 单孔型夹心式换能器各组件的机电等效电路前后级联就得到整个换能器的等效线 路图。 　　2、从穿单孔型夹心式换能器的整体等效线路出发，将换能器看为两个1/4波 长的振子，得出穿孔换能器的共振频率方程；参考面取晶堆终端截面时，推导出 了穿单孔型宽频带夹心式换能器的等效质量和等效机械阻，进而得到换能器机械 品质因数Q_m和频带宽△f的表达式。 　　对未穿孔的喇叭型夹心式换能器进行了相应的分析和推导，以便对其进行比 较。 　　3、计算分析了前盖板穿不同尺寸的孔时，孔尺寸与频带宽及影响换能器频带 宽的各参量的关系曲线。由这些曲线可知：换能器的谐振频率随着孔径的增大而 增大，孔径不变时，随着孔深的增加谐振频率先增加后减小；等效质量是随着孔 径的增大而减小，孔径不变时，随着孔深的增加先减小后增大；晶堆终端的负载 阻随着孔径的增大而减小，随着孔深的变化负载阻变化较复杂；机械品质因数随 着孔径和孔深增大都是先减小后增大；频带宽随着孔径和孔深增大都是先增大后 减小。 　　对同频率的穿孔和不穿孔的换能器进行了计算理论，结果表明，穿孔换能器 比不穿孔的频带要宽。 　　4、设计、加工了三个换能器，对其谐振频率、机电参数、导纳圆以及电导曲 线等进行了测试，实验测试与理论计算结果相一致。 　　深入的计算和分析结果表明：对穿单孔型宽频带夹心式换能器，穿孔的几何 尺寸与换能器频带宽有直接的关系，机械品质因数随着孔径和孔深增大都是先减 小后增大，频带宽随着孔径和孔深增大是先增大后减小，也就是说，穿一定大小 的孔可以拓宽换能器的频带，且随着穿孔尺寸的增大频带随之拓宽，但并不是穿 孔尺寸越大，机械品质因数就越小，频带就越宽，孔穿大到一定尺寸后，频带反 而会变窄。 　　本文所得的结论对于设计宽频带换能器具有重要的指导意义。