水声宽带声发射匹配技术研究
高性能宽带大功率声发射系统是水声对抗装备的关键件之一,为此不仅需要有性能良好的大功率发射机和高性能的宽带换能器,同时需要在换能器和发射机之间加入高性能宽带阻抗匹配网络,才能获得大的输出功率和高的能量转换效率.本文试制了大功率发射机,并进行了设计分析,测试了其性能;详细设计了阻抗匹配网络,并根据发射机的输出阻抗和换能器的阻抗参数试制了电路,进行了试验,使经过匹配后的发射系统具有发射电压响应平坦、发射效率高和换能器阻抗变化小的特点.首先,试制了一台2500W高效率大功率发射机,文中分别对发射机输入电路、驱动放大电路和大功率放大电路进行了详细的讨论.根据设计出的电路进行了器件的选择,印制了电路板,制作了发射机电路,并进行了调试和测试,测试结果满足设计要求.其次,介绍了三种宽带匹配方法.第一种为简易匹配方法,第二种为实频数据法,第三种为基于遗传算法的元件直接优化法.其中第一种为解析方法,后两种为数值方法,并分析了宽带匹配的解析方法与数值方法的应用条件的差异.匹配设计要求匹配后发射电压响应平坦、发射效率高和阻抗变化小.由于设计要求的多目标特性,介绍了多目标函数优化的理论计算.在得到电路的具体参数后,采用电路仿真软件multisim、protel或simulink进行验证.但是由于换能器的等效电路参数是随频率变化而变化,因此不能直观得到结果,本文根据二端口网络的计算公式通过Matlab编程进行仿真验证电路.最后,以一个典型的中高频宽带压电发射换能器为匹配对象,测量了该发射换能器的阻抗参数及发射电压响应.根据测量的参数并结合实频数据法和元件直接优化法编写了匹配网络设计的仿真程序,通过比较多种电路模型的仿真结果得到了一组较好的匹配网络参数.根据仿真得到的元件值进行了匹配网络的制作,详述了制作过程,并在水池进行了匹配效果测试.测试结果为在频带两端发射电压响应提高了13dB,在频带中段提高了9dB,匹配网络改善了发射电压响应的平坦度,并提升了发射电压响应.
- 作者：
- 蔡鹏飞
- 学位授予单位：
- 中国舰船研究院
- 专业名称：
- 水声工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2014年
- 导师姓名：
- 姜亚浩
- 中图分类号：
- U666.7
- 关键词：
- 宽带匹配；水声发射机；实频数据法；遗传算法
- Broadband matching； Underwater acoustic transmitter； The real frequencymethod； Genetic algorithm