應(yīng)用案例

【概述】

本研究中使用水聲功率放大器，搭建弛豫鐵電單晶便攜式探魚(yú)儀換能器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。近岸垂釣需求增長(zhǎng)推動(dòng)探魚(yú)儀向便攜化與高性能轉(zhuǎn)型，但傳統(tǒng)船用設(shè)備笨重，便攜產(chǎn)品普遍面臨探測(cè)距離短、帶寬窄的瓶頸，核心問(wèn)題在于壓電換能器難平衡小體積與高聲學(xué)性能。弛豫鐵電單晶材料憑借高橫向壓電系數(shù)與強(qiáng)泊松效應(yīng)，可通過(guò)TROB振動(dòng)模式激發(fā)寬帶聲波，卻受限于界面耦合與陣列工藝。本研究首創(chuàng)TROB驅(qū)動(dòng)微型陣列（3×2陣元），結(jié)合多物理場(chǎng)仿真與電阻抗匹配，突破帶寬限制，最終實(shí)現(xiàn)192dB聲源級(jí)與77%帶寬的便攜換能器，為近岸漁業(yè)智能化提供技術(shù)支撐。

實(shí)驗(yàn)名稱：弛豫鐵電單晶便攜式探魚(yú)儀換能器全流程集成實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/span>本研究旨在通過(guò)壓電單晶陣元設(shè)計(jì)、有限元仿真、樣機(jī)制備及性能測(cè)試，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的弛豫鐵電單晶便攜式探魚(yú)儀換能器在體積、重量、聲源級(jí)、發(fā)射電壓響應(yīng)級(jí)、接收電壓靈敏度級(jí)、工作帶寬等關(guān)鍵指標(biāo)上滿足項(xiàng)目要求，同時(shí)驗(yàn)證電阻抗匹配電路對(duì)換能器發(fā)射性能的優(yōu)化效果，最終實(shí)現(xiàn)便攜式探魚(yú)儀換能器的小型化與高聲學(xué)性能平衡。

測(cè)試設(shè)備：阻抗分析儀、示波器、信號(hào)發(fā)生器、功率放大器（AigtekATA-L6）、標(biāo)準(zhǔn)水聽(tīng)器、消聲水池。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：實(shí)驗(yàn)過(guò)程從弛豫鐵電單晶選材出發(fā)，基于其高泊松比壓電特性建立多物理場(chǎng)耦合模型，通過(guò)仿真優(yōu)化晶體尺寸激發(fā)TROB雙模振動(dòng)；隨后進(jìn)行單晶阻抗驗(yàn)證與電極制備，采用導(dǎo)電銀漿粘接雙晶體制備并聯(lián)陣元，集成氧化鋁陶瓷絕緣層與銅質(zhì)量塊，包裹軟木抑制噪聲后灌封聚氨酯形成聲窗；針對(duì)聲源級(jí)需求，設(shè)計(jì)半波長(zhǎng)陣列并將陣元精密粘接至鋁合金外殼槽位，通過(guò)電極線引出與環(huán)氧封閉實(shí)現(xiàn)輕量化封裝；最終通過(guò)水域阻抗掃描與標(biāo)準(zhǔn)水聽(tīng)器測(cè)試系統(tǒng)量化聲學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)帶寬瓶頸后創(chuàng)新性運(yùn)用等效電路建模與史密斯圓圖匹配技術(shù)，在諧振點(diǎn)實(shí)現(xiàn)阻抗調(diào)諧，完成微型換能器高功率寬帶聲輻射的突破。

圖1實(shí)驗(yàn)框圖

圖2實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)拍圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：基于弛豫鐵電單晶的便攜式探魚(yú)儀換能器在100VRMS激勵(lì)下可實(shí)現(xiàn)高性能聲學(xué)輸出，最大聲源級(jí)達(dá)192.36dB，發(fā)射電壓響應(yīng)級(jí)峰值152.62dB，-6dB帶寬覆蓋78kHz-134.35kHz（分?jǐn)?shù)帶寬53.07%），接收電壓靈敏度最高達(dá)-181.81dB；換能器重量?jī)H168.18g（含外殼），體積為40.03×40.03×57.03mm3，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足預(yù)設(shè)的便攜式設(shè)計(jì)要求，且通過(guò)電阻抗匹配電路優(yōu)化后，發(fā)射電壓響應(yīng)級(jí)提升至155.84dB，-6dB帶寬擴(kuò)展至77.32%，驗(yàn)證了其在小體積、輕量化條件下實(shí)現(xiàn)高聲學(xué)性能的可行性。

圖3實(shí)測(cè)換能器TVR曲線

圖4實(shí)測(cè)換能器SL

圖5添加電匹配電路前后換能器TVR曲線對(duì)比

安泰放大器在此應(yīng)用中的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)：

一、高電壓與大功率輸出能力——驅(qū)動(dòng)微型陣列在激勵(lì)下實(shí)現(xiàn)高聲源級(jí)

二、寬頻帶與平坦響應(yīng)——精準(zhǔn)匹配工作帶寬，保障寬帶聲學(xué)性能表征

三、低失真與高輸出穩(wěn)定性——保障前后對(duì)比實(shí)驗(yàn)的激勵(lì)一致性

【推薦產(chǎn)品】：ATA-L系列水聲功率放大器

圖：ATA-L系列水聲功率放大器指標(biāo)參數(shù)

本文實(shí)驗(yàn)素材由西安安泰電子整理發(fā)布。Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線，且具有相當(dāng)規(guī)模的儀器設(shè)備供應(yīng)商，樣機(jī)都支持免費(fèi)試用。西安安泰電子是專業(yè)從事功率放大器、高壓放大器、功率信號(hào)源、前置微小信號(hào)放大器、高精度電壓源、高精度電流源等電子測(cè)試儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高科技企業(yè)。如想了解更多功率放大器等產(chǎn)品，請(qǐng)持續(xù)關(guān)注安泰電子官網(wǎng)m.fjiakun.cn或撥打029-88865020。

原文鏈接：http://m.fjiakun.cn/news/4805.html