PVDF水聽器的研究.pdf

1、PVDF（Polyvinylidene fluoride）壓電薄膜是一種新型高分子壓電換能材料，它具有獨特的鐵電效應(yīng)、壓電效應(yīng)和熱電效應(yīng)。與傳統(tǒng)的壓電材料PZT相比較具有頻響寬、動態(tài)范圍大、靈敏度高、密度低、聲阻抗低和易加工等特點，還具有重量輕、柔軟不脆、耐沖擊、易制成任意形狀，如形狀不規(guī)則的片或管狀等優(yōu)勢。
　　首先本文對PVDF水聽器進行了基本理論研究。由于PVDF柔軟，易彎曲，通常將其附著在背襯上，增大機械強度。首先通過推導(dǎo)

2、平面形PVDF壓電薄膜小振幅下聲波法向入射時的開路電壓，經(jīng)計算化簡得到其低頻接收靈敏度級；其次根據(jù)彈性靜力學(xué)理論推導(dǎo)出圓柱形PVDF水聽器應(yīng)力分布，進而得到圓柱背襯兩端三種不同邊界條件下的靈敏度表達(dá)式。
　　然后利用有限元分析軟件ANSYS對平面形PVDF水聽器和圓管形PVDF水聽器進行了模態(tài)分析以及諧波響應(yīng)分析。結(jié)合理論推導(dǎo)分析了背襯的材料特性、壓電薄膜的厚度以及各結(jié)構(gòu)尺寸對PVDF水聽器性能的影響。通過優(yōu)化設(shè)計，確定虛擬樣機尺

3、寸，并對其進行模態(tài)分析，水中的諧波響應(yīng)分析；平面形PVDF水聽器虛擬樣機的一階反諧振頻率為5.2kHz，接收靈敏度級為-199.1dB；圓柱形PVDF水聽器虛擬樣機的一階反諧振頻率為5.5kHz，接收靈敏度級為-191.6dB。
　　最后制作了平面形PVDF水聽器和圓柱形PVDF水聽器樣機，并對水中的接收靈敏度和指向性圖進行了測量。平面形PVDF水聽器的接收靈敏度級與理論值基本吻合，起伏在-0.5-3.2dB；圓柱形PVDF水聽器