复合共鸣腔Janus宽带换能器

伊子旭，莫喜平，柴 勇,3，刘永平,3

(1. 中国科学院声学研究所，北京100190；2. 中国科学院大学，北京100190；3. 北京海洋声学装备工程技术研究中心，北京100190)

0 引 言

随着海洋研究的逐渐深入，与海洋有关的研究领域从近浅海，逐渐向深远海的方向发展。与之相对应，作为水声技术中的重要设备，换能器也产生了多样的应用需求。其中，采用溢流设计的水声换能器因其在低频、大功率、深水工作性能等方面的优良特性，成为了换能器研究的热点。在溢流式换能器结构中，一般不存在空气背衬部分，换能器内外部实现静水压力平衡，故不需要压力平衡装置即有很好的深水工作能力[1-3]。许多设计中，换能器的内部充水之后形成Helmholtz腔体，由于腔体的体积模量远小于一般材料的杨氏模量，此时换能器有很好的低频发射能力[4]。其中一些溢流式换能器设计中利用换能器自身的谐振模态以及充水液腔谐振的模态相互耦合，形成多模态发射，拓展了换能器的工作带宽[5]。纵向换能器是一种典型的大功率发射换能器结构形式，双端纵向换能器(Janus)用于激发液腔共振的低频换能器，主要有Janus-Hammer Bell[6]和Janus-Helmholtz[7]两种形式，前者由双端纵向换能器驱动居中布置的、内径明显大于辐射头直径的单体圆环，后者由双端纵向换能器驱动分置于两端的、内径略大于辐射头直径的圆筒和双活塞背侧组成的液腔。本文在Janus-Helmholtz换能器基础上，结合Janus-Hammer Bell的设计思想，设计一种复合共鸣腔结构，通过多模态耦合工作原理，即利用一个可以双面辐射的Janus振子作为驱动，激发内部的液腔谐振与外部的圆环谐振，实现多模态发射，从而达到宽带工作的目的。……