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【6h】

一种新型电热声转换装置的理论与实验研究

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目录

文摘

英文文摘

主要符号表

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 电热声转换机理

1.3 国内外研究现状

1.4 电热声转换装置的应用前景

1.5 课题研究主要意义

1.6 本文主要研究内容

第二章 电热声转换装置的理论模型分析

2.1 电加热方式的选择与分析

2.1.1 直接加热与间接加热

2.1.2 热惯性对电加热的影响

2.2 电热声转换装置的模型分析

2.2.1 输入电压与电功率之间的转换

2.2.2 电热层温度场的建立

2.2.3 绝缘层温度场的建立

2.2.4 气体层温度场的建立

2.2.5 建立热平衡方程求解气体层中的温度分布

2.2.6 气体边界层的振荡位移及速度

2.2.7 声压的产生

2.3 本章小结

第三章 电热声转换的实验装置

3.1 电热声转换装置的工作原理

3.2 电热声转换装置的结构

3.2.1 电热层

3.2.2 绝缘层

3.2.3 导热层

3.2.4 实验装置的制作

3.3 测试过程

3.3.1 实验仪器

3.4 本章小结

第四章 电热声转换装置的特性分析

4.1 正弦交流输入下的转换特性

4.1.1 声信号与电信号及电功率信号之间的转换关系

4.1.2 装置产生声信号的幅频特性与空间特性

4.2 交直流共同输入下的转换特性

4.2.1 声信号与电信号及电功率信号之间的转换关系

4.2.2 交直流电压幅值对输出声压的影响

4.3 矩形波输入下的转换特性

4.3.1 矩形波的特性

4.3.2 声信号与电信号及电功率信号之间的转换关系

4.4 电信号对电热层表面静态温度的影响

4.4.1 直流输入下静态温度随时间的变化

4.4.2 交流输入下静态温度及声压随时间的变化

4.4.3 交流输入下静态温度随频率的变化

4.4.4 交直流作用下静态温度随直流电压的变化

4.4.5 交直流作用下静态温度随交流电压的变化

4.5 本章小结

第五章 电热声转换装置作为新型电声换能器的应用研究

5.1 传统电声换能器

5.2 新型电声换能器

5.3 新型电声换能器的实验及讨论

5.3.1 装置的结构

5.3.2 测试过程

5.3.3 实验结果

5.4 本章结论

第六章 全文总结及展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

附录A

硕士期间取得的学术成果

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摘要

电热声转换效应能实现电能到热能,热能到声能的直接转换,与传统热声热机原理及电声换能器原理有着本质的区别,并且装置具有结构简单、无任何运动部件、使用寿命长等优点,因此有着较大的研究意义及广阔的应用前景。
   基于电热声转换效应设计制作了一种新型的电热声转换装置,装置由电热层、绝缘层和导热层组成。将交变的电信号接入电热层,会产生交变的热信号,促使电热层表面附近的气体产生交变的压力振荡,从而形成声波并向外辐射。结合电学、热学、声学,对电热声转换装置进行理论的模型分析,包括对电信号到热信号,热信号到声信号的转换过程进行详细的理论推导,得出了输出声信号与输入电信号及热信号之间的关系。通过实验,对电热声转换装置在不同输入情况下所表现出来的转换特性进行了系统分析。
   结果表明装置在可测频率范围内产生了电热卢转换效应:当输入电压信号为正弦交流时,输出声压信号与交流电功率信号成正比,并且其频率是输入电压信号频率的两倍,此外输出声压具有较平坦的幅频响应特性;当输入电压信号为交直流叠加时,输出声压波形与总交流电功率的波形一致,并且输出声压波形会随直流电压幅值或交流电压幅值的变化而变化;当输入电压信号为矩形波时,输出声压信号的波形及频率成分与输入电压信号及电功率信号是一致的,并且输出声压幅值随电功率峰峰值的增大而增大;电热层表面的静态温度具有不同的温升阶段,并且对输出声压具有反作用,电热层表面的静态温度具有平坦的温频响应特性;在交直流共同作用下,电热层表面的静态温度是随直流电压幅值和交流电压幅值的增加而增加的,并且都与它们的二次方成正线性关系。
   通过与传统电声换能器进行比较,结合实验初步验证了电热声转换装置能作为一种新型电声换能器使用,且具有较好的音频电声转换特性。为电热声转换装置得到实际应用及发展提供了一定的理论依据。

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