【摘 要】
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基于声波的水下通信是海洋中实现远距离无线通信的重要手段,为了解决传统的水下声通信所采用压电换能器的体积大、有复杂的电气连接、需要防水措施等不足,同时为了获取较低频声波以满足水下声通信对传输距离的要求,本文构造了CNT-PDMS复合薄膜光声换能器并对其在长脉冲激光作用下的光声特性进行研究。理论研究了CNT-PDMS复合薄膜在长脉冲激光作用下的光声特性。以热传导方程为基础,以热流密度相等为边界条件建立
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基于声波的水下通信是海洋中实现远距离无线通信的重要手段,为了解决传统的水下声通信所采用压电换能器的体积大、有复杂的电气连接、需要防水措施等不足,同时为了获取较低频声波以满足水下声通信对传输距离的要求,本文构造了CNT-PDMS复合薄膜光声换能器并对其在长脉冲激光作用下的光声特性进行研究。理论研究了CNT-PDMS复合薄膜在长脉冲激光作用下的光声特性。以热传导方程为基础,以热流密度相等为边界条件建立了薄膜内部温度场的数学模型,通过热弹性力学理论以及热声耦合理论建立了薄膜内部应力、应变以及出射声波的物理模型。通过仿真研究了CNT-PDMS复合薄膜在单脉冲激光作用下,其内部温度、热膨胀应力、出射声波声压和频谱随复合薄膜几何参数以及入射激光参数的变化规律,得到长脉冲激光作用于CNT-PDMS复合薄膜可产生中频或中高频声波的结果,如入射激光脉宽为100μs时,出射声波的中心频率为6875 Hz。研究了CNT-PDMS复合薄膜在长脉冲激光脉冲序列作用下,出射声波的声压及频谱随激光脉冲序列占空比的变化规律,得到声波序列中各声波的声压幅值均与单脉冲激光作用时相同,以及声波序列的各频谱分量由激光脉冲序列占空比及激光脉宽共同决定等结论。制作了多种不同结构的CNT-PDMS复合薄膜,搭建了声场测量系统。测试结果表明在CNT-PDMS复合薄膜与玻璃基板间加入薄层PDMS,可令出射声波声压幅值提高10%。把CNT的质量分数从3%提高到6%和9%,可使出射声波声压幅值再次提高11.5%和16.2%。实验所测CNT-PDMS复合薄膜的出射声波声压幅值、频谱与仿真结果吻合较好。
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