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龙图腾网恭喜西北工业大学申请的专利一种基于有限元建模的球形换能器宽带匹配设计方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN115203999B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-05-30发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202210626568.9，技术领域涉及：G06F30/23；该发明授权一种基于有限元建模的球形换能器宽带匹配设计方法是由何正耀;高竞上;董幽幽设计研发完成，并于2022-06-03向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种基于有限元建模的球形换能器宽带匹配设计方法在说明书摘要公布了：本发明涉及一种基于有限元建模的球形换能器宽带匹配设计方法，利用有限元模型结合换能器的全电等效电路，计算得到球形换能器的全电等效电路参数，然后根据宽带匹配理论，完成换能器宽带匹配设计，有效改善换能器的宽带发射性能。最后设计制作一种球形换能器及其宽带匹配网络，实验验证本方法设计的宽带匹配网络可以有效提高球形换能器的发射带宽，并且在工作频段范围内具有较高的发射电压响应。本发明可以在只通过建模仿真计算的情况下，利用有限元方法得到球形换能器的全电等效电路参数，并根据全电等效电路模型完成换能器的宽带匹配设计。可以有效拓宽球形换能器的发射带宽，提高球形换能器的宽带发射性能。

本发明授权一种基于有限元建模的球形换能器宽带匹配设计方法在权利要求书中公布了：1.一种基于有限元建模的球形换能器宽带匹配设计方法，其特征在于步骤如下：步骤1：通过有限元方法建立球形换能器水中二分之一的二维轴对称有限元模型；对球形换能器模型的压电陶瓷球壳上施加载荷即激励电压，提取换能器电极节点上的电荷，数值计算获得换能器的导纳特性： G＝Re[Y]B＝Im[Y]式中，Y为导纳，ω为角频率，Q为电极处的电荷，V为施加在换能器电极上的载荷,G为电导，B为电纳；提取换能器在水中辐射的声压，值计算获得发射电压响应： 式中，pa为距换能器等效声中心为离处的声压，ra为距等效声中心的距离，V为施加在换能器电极上的载荷；改变换能器尺寸，仿真不同半径和球壳厚度下球形换能器的导纳特性和发射电压响应，重复步骤1，通过通过数值计算获得换能器的导纳特性和发射电压响应，寻找宽带发射性能最良好的换能器尺寸参数；步骤2：根据步骤1得到的换能器的导纳特性，以及球形换能器全电等效电路模型，求解球形换能器的静态电容C0、动态电阻Rd、动态电感Ld以及动态电容Cd：所述球形换能器全电等效电路模型为：动态电阻Rd、动态电容Cd与态电感Ld依次串联后与静态电容C0并联，则动态支路导纳为： 在谐振点匹配法的串联电感Ls匹配网络的基础上，并联电容CP和串联电容Cs，得到匹配后的球形换能全电等效电路模型，则：系统的总电抗Xe为： 当系统谐振时，系统的阻抗为： 式中，C′＝C0+Cp，ωs为换能器谐振角频率,当回路中的串联电感时，有功电阻步骤3：在电学仿真软件OrCAD中建立基于宽带匹配网络的球形换能器全电等效电路模型，对串联电感Ls、串联电容Cs和并联电容Cp的值进行优化，构造两个阻抗模值相近的谐振峰，得到优化设计的换能器尺寸。

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