2011年“換能器技術(shù)”試題（A）答案一、填空題（每空1分，共10分）1．發(fā)射、接收2．3．電極面上自由電荷的面密度4．自噪聲5．二、概念題（每題4分，共20分）1．等效電路法：換能器是一個(gè)能做機(jī)械振動(dòng)的彈性體，依據(jù)波動(dòng)理論可以得到機(jī)械振動(dòng)方程；根據(jù)電路的規(guī)律可以得到電路狀態(tài)方程；根據(jù)壓電方程和機(jī)電類比可以建立換能器的機(jī)電等效圖，換能器的工作特性和參數(shù)就可以通過機(jī)電等效圖求得。2．正向壓電效應(yīng)：壓電陶瓷在受到外力作用時(shí)，除發(fā)生形變和內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力外，還會(huì)產(chǎn)生極化強(qiáng)度和電位移，而且產(chǎn)生的極化強(qiáng)度和電位移與應(yīng)變和應(yīng)力成正比。3．發(fā)射響應(yīng)：換能器或基陣的指定方向上，離其聲中心1m遠(yuǎn)處所產(chǎn)生的球面波自由場(chǎng)聲壓與其輸入端電學(xué)量之比。4．自由場(chǎng)電壓靈敏度：換能器輸出端的開路電壓eoc與放入換能器前放置換能器處的自由場(chǎng)聲壓Pf的比值。5．乘積定理：具有指向性基元組成的基陣，其指向性函數(shù)是基元本身的指向性函數(shù)與由點(diǎn)源組成基陣的指向性函數(shù)的乘積。三、圖形題（每題5分，共10分）四、簡(jiǎn)答題（每題3分，共30分）1、其共同特點(diǎn)是：分子式可以寫成ABO3形式，A是二價(jià)正離子,B是四價(jià)正離子。相應(yīng)的離子在晶胞中的位置也相同，A位于六面體的八個(gè)頂點(diǎn)上，B位于六面體中心，O2--位于六個(gè)面的面心。2、壓電常數(shù)3、⑴前蓋板輕后蓋板重，增加前后振速比；⑵喇叭形前蓋板可以降低Q值，調(diào)節(jié)指向性；⑶偶數(shù)片壓電陶瓷片并聯(lián)連接，相鄰兩片極化方向相反；⑷中間節(jié)板用于固定；⑸螺桿施加預(yù)應(yīng)力，增加功率極限。4、5、工作頻率、帶寬和機(jī)械QM值、指向性、發(fā)射電壓響應(yīng)、聲源級(jí)、聲功率、機(jī)電耦合系數(shù)、效率。（答出6個(gè)指標(biāo)為滿分）6、7、自噪聲的大小決定了水聽器能夠測(cè)量的有用信號(hào)的最小值8、令>1，[寫出給加分]9、有指向性的發(fā)射器，在主波束方向上，其遠(yuǎn)場(chǎng)中某距離處的聲強(qiáng)比同等功率下無指向性發(fā)射器在同一點(diǎn)處產(chǎn)生的聲強(qiáng)大倍。10、聲強(qiáng)指向性函數(shù)是聲壓指向性函數(shù)的平方五、計(jì)算題（共20分）1（5分）聲速（2分）壓電圓片的厚度振動(dòng)諧振基頻（3分）2．（5分）聲速（2分）圓管徑向振動(dòng)諧振基頻（3分）3．（10分）本題解答共分四步(A)基陣分解為Ⅰ和Ⅱ兩個(gè)子陣（4分）(B)Ⅰ和Ⅱ兩個(gè)子陣的指向性（2分）(C)Ⅰ和Ⅱ兩個(gè)子陣構(gòu)成的2元陣的指向性（2分）(D)根據(jù)乘積定理得到非均勻陣的指向性（2分）六、理論推導(dǎo)（共10分）推導(dǎo)長為L的細(xì)長圓柱的指向性函數(shù)。聲波自dx至M的傳播距離可寫為（1分）由于微元的的聲源強(qiáng)度為，該微元在M點(diǎn)的速度勢(shì)函數(shù)即為（1分）假若整個(gè)圓柱面上各處的法向振速同幅同相，可以統(tǒng)一表示為整個(gè)圓柱面在M點(diǎn)的速度勢(shì)函數(shù)為（2分）細(xì)長圓柱在M點(diǎn)的聲壓為（2分）若時(shí)，即M點(diǎn)處在Z軸上時(shí)，此時(shí)圓柱表面上各點(diǎn)至M點(diǎn)