振动式声源,包括采用压电材料和磁致伸缩材料驱动的声源,不仅应用于水声工程领域的研究,如低频主动探测、水声通信和海洋声传播研究等,而且还广泛用于海洋探测、地质勘探以及油气行业的地声探测。然而,目前所使用的很多声源都受频率、带宽和功率的约束,从而限制了它们在海洋探测中的使用。具有低频、宽带、大功率特点的振动式海洋声源的需求一直存在,低频大功率换能器也是水声工程研究的重要方向。研究主要针对声源如何实现低频宽带大功率声发射问题。换能器利用双IV型弯张壳体结构,代替传统有源材料PZT晶堆或稀土棒作为驱动振子,使换能器的谐振频率有效下降;利用双壳结构同相和反相两种振动模态实现换能器在低频段的宽带发射;利用两级壳体位移放大结构实现驱动振子位移的两级放大。有源驱动材料采用具有大应变系数的稀土超磁致伸缩材料Terfenol-D,通过设置合理的预应力工作点和偏置磁场条件,使稀土超磁致伸缩材料性能充分发挥,实现声源的大功率声发射。利用有限元软件COMSOL对低频宽带换能器进行仿真分析和结构优化,包括对换能器壳体结构的优化、稀土材料偏置磁路的优化以及预应力的设置分析。根据优化结果确定换能器的结构尺寸,进行零部件的加工,最终制作出换能器样机进行水下测试。换能器样机的实际测试结果表明,换能器同相谐振频率为320Hz,反相谐振频率为500Hz,工作带宽260Hz,最大发送电流响应181d B,带内起伏10d B。最终的测试结果表明,采用超磁致伸缩材料驱动的换能器在低频段拓展了发射带宽,同时具有大功率发射的特点。