Noise Theory and Practice 2412-8627 10.56408/2412-8627.2026.37.49.006 Расширение рабочей полосы стержневого составного преобразователя Expansion of the operating band of a transducer-type Tonpilz Альсаид Х.К. Альсаид Х.К. Alsaeed H.K. haider.physics@bk.ru Пивнев П.П. Пивнев П.П. Pivnev P.P. 0 Южный федеральный университет Таганрог RUS Southern Federal University 30 09 2026 15 05 2026 23 09 2026 12 3 68 81

Разработка широкополосного преобразователя Tonpilz, работающего на низких частотах, представляет собой серьезную проблему. Цель данного исследования — создание мощного преобразователя Tonpilz с улучшенными широкополосными характеристиками путем оптимизации излучающей накладки. Дальнейшая оптимизация обеспечивает максимальную полосу пропускания без ущерба для передающей характеристики напряжения. Изменение структуры излучающей накладки и его влияние на эффективность преобразователя были исследованы с помощью конечно-элементного анализа и экспериментального анализа. Излучающая накладка модернизировалась путем сверления отверстий по образующей цилиндра, что привело к максимальной полосе пропускания 28,07% при 16 отверстиях и флуктуации передающего отклика преобразователя TVR удалось снизить с 9,61 дБ до 6,39 дБ относительно 1 мПа/В. Кроме того, изготовленная модель также показала хорошее соответствие между конечно-элементным моделированием и изготовленным прототипом. Таким образом, экспериментальная проверка путем разработки прототипа преобразователя подтверждает эффективность предложенных улучшений конструкции.

Creating a broadband tonpilz transducer that operates efficiently at low frequencies presents a significant challenge. The objective of this study is to develop a high-power tonpilz transducer with enhanced broadband performance by optimizing the radiating plate. Further refinement is conducted to achieve the widest possible bandwidth without compromising voltage transfer performance. The study examined how variations in the radiating plate structure affect the overall transducer performance using finite element analysis (FEA) and experimental methods. By drilling holes in the radiating plate, an optimal bandwidth of 28,07% was achieved with 16 holes, while the tactile vibration response (TVR) of the transducer was reduced from 9,61 dB to 6,39 dB re 1 mPa/V. Furthermore, the generated model exhibited resonance, demonstrating strong agreement between the FEA modeling and the physical prototype. Thus, experimental verification during the transducer prototype development validates the proposed design improvements.

 пьезокерамика конечно-элементное моделирование гидролокация преобразователь типа Tonpilz широкополосность piezoceramics finite element modeling sonar Tonpilz transducer broadband Альсаид Х. К. Обзор методов модуляции и применяемых сигналов в гидроакустической связи // Изв. СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2026. Т. 19, № 4. С. 24-40. doi: 10.32603/2071-8985-2026-19-4-24-40. Степанов Б. Г. Широкополосный стержневой гидроакустический преобразователь : пат. РФ RU 119552 U1. — Опубл. 20.08.2012, Бюл. № 23. — МПК H04R 1/44, 17/00. Sun H., Lan Y., Lu W. Design of a Modular Low-Frequency Broadband Transducer for Underwater Acoustic Communication //Journal of Physics: Conference Series. – IOP Publishing, 2026. – Т. 3265. – №. 1. – С. 012015 Dong, H., Li, Y., Li, X., Sang, Y., Chen, Y. A lightweight and small moving coil underwater acoustic transducer based on the optimal design of magnetic circuit //Sensors and Actuators A: Physical. – 2026. – Т. 397. – С. 117241 Kim J., Kim J., Juwon K. Advances in Langevin piezoelectric transducer designs for broadband ultrasonic transmitter applications //Actuators. – MDPI AG, 2025. – Т. 14. – №. 7. – С. 355 Степанов Б.Г. Однонаправленные стержневые преобразователи с накладками клиновидной формы. Известия СПбГЭТУ ЛЭТИ. 2021. № 8. С. 5-14 Hawkins D. W., Gough P. T. Multiresonance design of a Tonpilz transducer using the finite element method //IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control. – 2002. – Т. 43. – №. 5. – С. 782-790 Tang, D., Rao, S., Ding, C., Qin, C. Ultrasonic dry-coupling detection with gradient acoustic impedance match layer //Applied Acoustics. – 2025. – Т. 228. – С. 110355. Butler S. C. Triply resonant broadband transducers, Oceans MTS /IEEE. – 2002. – Т. 4. – С. 29-31. Butler J. L., Cipolla J. R., Brown W. D. Radiating head flexure and its effect on transducer performance //The Journal of the Acoustical Society of America. – 1981. – Т. 70. – №. 2. – С. 500-503. Степанов Б.Г. Широкополосные многополуволновые преобразователи //Известия СПбГЭТУ «ЛЭТИ». - 2011. - № 8. - С. 63-71. Muhsen H. K., Pivnev P. P. Hydroacoustic Complex for Studying the Condition of Underwater Engineering Communications of the Cable Network // Int. Ural Conf. on Electrical Power Eng. (UralCon). Magnitogorsk, 2024. P. 1–6. doi: 10.1109/UralCon49858.2024.10224563. Богородский В.В., Зубарев Л.А., Корепин Е.А., Якушев В.И. Подводные электроакустические преобразователи. Расчет и проектирование Ленинград: Судостроение, 1983. — 248 с. Альсаид Х. К., Пивнев П. П., Калюта В. И. Моделирование стержневого пьезокерамического преобразователя для оптимизации его геометрических параметров // Изв. СПбГЭТУ «ЛЭТИ». 2025. Т. 18, № 10. С. 38-44. doi: 10.32603/2071-8985-2025-18-10-38-44