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三维成像声纳中接收与发射基阵设计研究

作　者: 张新丽
导　师: 纪祥春
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 水声工程
关键词: 压电换能器传感器阵列有限元分析基阵指向性基阵增益
分类号: U666.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 101次
引　用: 3次
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内容摘要

随着水下探测和识别的任务日显迫切,对探测系统的要求越来越高,需要它对物体进行细微的形状分辨。水下三维声成像声纳通过获取水下目标的三维声信息,并在此基础上提取出目标的三维切片声图像,实现对探测目标的三维识别和分类,从而完成声视觉的任务。论文利用ANSYS软件对三维成像声纳中的接收和发射基阵进行了分析和设计的研究。主要研究内容为:1.介绍压电换能器的基本理论,其中包括压电陶瓷的内部结构,介电特性,弹性特性,压电特性和压电换能器的工作原理等。2.对接收基阵进行分析设计,确定基元的振动模式,基元的结构尺寸,并对基元进行了力电耦合静力分析、模态分析和谐响应分析,最后对整个基阵进行了谐响应分析。3.分析接收基阵的指向性和增益,并利用Matlab对阵列的指向性和增益进行仿真。4.对发射换能器振子进行设计和分析。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第1章绪论  9-15
  1.1 论文研究背景  9-10
  1.2 成像声纳国内外研究水平与动态  10
  1.3 基阵设计指导思想  10-14
    1.3.1 换能器的设计方法  11-12
    1.3.2 ANSYS软件概述  12-14
  1.4 论文主要研究内容  14-15
第2章换能器设计的理论基础  15-26
  2.1 压电换能器  15-16
  2.2 压电陶瓷的物理性能  16-21
    2.2.1 压电陶瓷的内部结构  16
    2.2.2 压电陶瓷的介电特性  16-18
    2.2.3 压电陶瓷的弹性特性  18-19
    2.2.4 压电陶瓷的压电特性  19-21
  2.3 ANSYS软件分析换能器的理论基础  21-25
    2.3.1 ANSYS中的耦合问题  21-23
    2.3.2 压电换能器的有限元分析一般步骤  23-25
  2.4 本章小结  25-26
第3章接收基阵的有限元设计  26-43
  3.1 换能器的振动模式和横向边界图形设计  26-27
    3.1.1 振动模式的确定  26
    3.1.2 横向边界图形设计  26-27
  3.2 结构尺寸的设计  27-28
    3.2.1 基元的宽度a  27
    3.2.2 基元的厚度h  27-28
  3.3 基元宽度的确定  28-35
    3.3.1 谐响应分析简介  28-29
    3.3.2 接收灵敏度  29-30
    3.3.3 ANSYS对几种不同结构的基元分析  30-35
  3.4 ANSYS对已确定基元的分析  35-39
    3.4.1 静力分析  35-36
    3.4.2 模态分析  36-38
    3.4.3 谐响应分析  38-39
  3.5 利用ANSYS对基阵的分析  39-42
  3.6 本章小结  42-43
第4章基阵的指向性和阵增益分析  43-52
  4.1 基阵的指向性  43-47
    4.1.1 形成基阵指向性的物理原因  43-44
    4.1.2 线列阵组合平面阵  44-47
  4.2 基阵的增益  47-51
    4.2.1 基阵空间处理增益概述  47-48
    4.2.2 平面阵处理增益的计算  48-51
  4.3 本章小结  51-52
第5章发射换能器振子设计  52-60
  5.1 压电振子结构尺寸的设计  52-55
    5.1.1 压电振子厚度的确定  52
    5.1.2 压电振子截面尺寸的设计  52-53
    5.1.3 压电振子长度的确定  53-55
  5.2 压电振子在空气中的分析  55-56
  5.3 压电振子流体分析  56-59
    5.3.1 流体模型的构建  56-57
    5.3.2 流体分析结果  57-59
  5.4 本章小结  59-60
结论  60-61
参考文献  61-64
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  64-65
致谢  65

三维成像声纳中接收与发射基阵设计研究

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