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水下多阵列超声波发射机的设计

作　者: 段言威
导　师: 陈荷娟
学　校: 南京理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 声近炸引信发射机多阵列阻抗匹配
分类号: TB517
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

主要研究引信水下多阵列超声波发射机的设计，发射机包括换能器和发射电路两部分。该发射机用于火箭深弹引信上，以火箭深弹新型多作用体制引信为应用背景，在不改变现有深弹结构的基础上增加超声波近程探测模块。首先分析和确定了发射机的性能参数，如探测距离，发射频率，发射信号形式，发射功率，换能器的有效机电耦合系数，频带宽度和机械品质因数等。提出了利用开关电源技术，进行升压电路的设计，减小了升压变压器的体积，将升压后的电压加到功率放大电路作为电源电压。设计了利用小的CW发射信号控制开关管的导通与截止，从而控制换能器阵两端电压的导通与截止，向外辐射超声波。提出了一种发射时基阵上的6个换能器并联连接，接收时三三串联后再并联连接的新的收发共用的换能器基阵连接形式，这种连接方式可以达到好的发射响应和较高的接收灵敏度，同时减少了接收回路的多峰现象。设计了一种阻抗匹配电路，这种阻抗匹配电路具有整形和滤波的功能，同时可以调节匹配电路的电品质因数，能满足一定的波形失真度，且提高了电路的抗干扰能力，发射正弦超声波。利用实验室自制的阻抗分析仪测量了换能器的导纳曲线，得出了换能器的性能参数如频带宽度、机械品质因数、静态电容、动态电阻、动态电感、动态电容等。导纳测量采用三电压原理，在水池中测试了换能器的导纳特性；设计了发射机的软硬件，并进行了试验，验证了发射机的可行性，对今后进一步研究水中超声波探测技术有一定的参考价值。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-7
1 绪论  7-14
  1.1 论文选题的背景和意义  7-10
  1.2 超声波发射系统的发展状况  10-12
  1.3 本文主要的研究工作  12-14
2 水中近程多阵列超声波发射机工作原理  14-27
  2.1 多阵列超声波发射机工作原理  14-17
  2.2 多阵列超声波发射机技术要求  17-26
    2.2.1 探测系统近炸距离的确定  17-18
    2.2.2 发射信号的选择  18-22
    2.2.3 发射功率要求  22-23
    2.2.4 发射频率的选择  23-26
  2.3 本章小结  26-27
3 多阵列发射机基阵性能参数设计  27-39
  3.1 换能器及其基阵收发转换电路的设计  27-30
    3.1.1 换能器及其基阵选择  27-28
    3.1.2 基阵连接形式的收发转换设计  28-30
  3.2 换能器和基阵的方向性  30-32
    3.2.1 换能器方向性的数学推导  31-32
    3.2.2 换能器及其基阵的方向性仿真  32
  3.3 有效机电耦合系数的确定  32-34
  3.4 频带宽度与品质因数的确定  34-35
  3.5 发射响应和接收灵敏度的计算  35-37
  3.6 阻抗特性  37-38
  3.7 本章小结  38-39
4 发射电路的设计  39-55
  4.1 电源转换电路  39
  4.2 脉冲信号的产生电路  39-42
  4.3 功率放大电路的设计  42-45
    4.3.1 功率放大电路的介绍  42-43
    4.3.2 功率放大电路的设计  43-45
  4.4 阻抗变换器的设计  45-54
    4.4.1 超声换能器的声学匹配  46
    4.4.2 超声换能器电学匹配的特点  46-50
    4.4.3 常见匹配网络介绍  50-53
    4.4.4 水下多阵列超声波发射电路的阻抗匹配设计  53-54
  4.5 本章小结  54-55
5 实验  55-65
  5.1 超声波换能器的导纳测量  55-61
    5.1.1 导纳测量的目的和原理  55-56
    5.1.2 测试结果与分析  56-61
  5.2 超声波发射机调试实验  61-64
    5.2.1 试验的目的及软硬件实现  61-63
    5.2.2 测试结果与分析  63-64
  5.3 本章小结  64-65
6 结论  65-67
  6.1 论文总结  65
  6.2 课题存在的问题及展望  65-67
致谢  67-68
参考文献  68-71
附单片机程序  71-78

水下多阵列超声波发射机的设计

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