[實用新型]鑲嵌式大面積低頻彎曲換能器

有效

• 申請號: 201220335367.5
• 申請日: 2012-07-11
• 公開（公告）號: CN202662280U
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 孫好廣;姚紀元;劉繼伍;羅瀧
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一五研究所
• 主分類號: G10K11/00
• 分類號: G10K11/00;G10K9/12
• 代理公司: 杭州九洲專利事務所有限公司 33101
• 代理人: 陳繼亮

技術領域

本實用新型涉及水聲探測及水聲計量測試領域，尤其涉及一種鑲嵌式大面積低頻彎曲換能器。

背景技術

隨著科學技術的進步，潛艇的降噪技術取得了重大突破，西方國家的“隱身”潛艇已使我國的聲納難以發現，這將對我國的艦隊造成嚴重威脅，這迫使聲納向更低頻方向發展，也就是要求聲納濕端的換能器具有低頻特性。低頻換能器的出現，自然就會出現對低頻換能器的校準與測試，相對應頻率的標準聲源也應具有更高的要求，即體積小，重量輕、吊放方便、性能穩定等。

換能器在相同結構形式下，諧振頻率越低意味著體積越大，重量也越重，這給聲納的適裝性帶來了嚴峻挑戰。在保證聲納適裝性的前提下，只有改變換能器的結構形式，探索一種具有低頻特性的的換能器，不僅體積小，而且重量要輕。彎曲振動模式才具有低頻特性，彎曲換能器基本結構是圓片型壓電陶瓷元件粘結在金屬板上，通過簡支支撐，可以得到無節點圓的振動模態。然而由于壓電陶瓷元件不可能燒結的很大(實際的壓電陶瓷元件面積遠小于本文的面積)，受制于壓電陶瓷的面積，也只能局限于某一較低的頻率上，若要繼續向下拓展頻率，只能采用本實用新型方案。

發明內容

本實用新型的目的在于克服現有技術存在的不足，而提供一種充分利用簡支支撐的彎曲振動模式，得到無節點圓的低頻振動模態，利用這種技術研制出的鑲嵌式大面積低頻彎曲換能器，具有低頻特性，同時還具有結構簡單、發送電壓響應高、電聲效率高等優點。

本實用新型的目的是通過如下技術方案來完成的，它由多個小直徑壓電陶瓷圓片通過鑲嵌在金屬蓋板上，且相互并聯構成，換能器還包括水密透聲橡膠和支撐殼體，所述一對金屬蓋板對稱放置在支撐殼體上，邊緣粘接在支撐殼體上，中間形成空氣背襯，該支撐殼體固定有一導出線孔；所述的壓電陶瓷振子由多對壓電參數、厚度一致的壓電陶瓷圓片構成，兩壓電陶瓷圓片極化方向相對或相反，鑲嵌于金屬蓋板上；外圍包敷一層水密透聲橡膠材料。

作為優選，所述換能器的壓電陶瓷振子是由28件壓電陶瓷圓片并聯構成，形成了大面積的壓電陶瓷輻射面。

作為優選，所述金屬蓋板與支撐殼體相互粘接，形成簡支的支撐邊界。

作為優選，所述水密透聲橡膠為聚氨酯橡膠或硫化橡膠。

作為優選，所述換能器為雙面對稱輻射的彎曲換能器。

本實用新型的有益效果為：1、結構簡單、工藝易實現，容易保證振子的一致性，制作的換能器參數與設計參數容易吻合；2、解決了大面積壓電陶瓷元件制作困難的問題；3、實現了真正意義上的小體積、低頻、高效率的水聲換能器。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖。

圖2是本實用新型的金屬蓋板結構示意圖。

圖3是本實用新型的壓電陶瓷振子的位置結構示意圖。

附圖中的標號分別為：1、導出線孔；2、支撐殼體；3、金屬蓋板；4、水密透聲橡膠；5、壓電陶瓷振子；6、空氣背襯。

具體實施方式

下面將結合附圖對本實用新型做詳細的介紹：如附圖1、2、3所示，本實用新型由多個小直徑壓電陶瓷圓片通過鑲嵌在金屬蓋板3上，且相互并聯構成，換能器還包括水密透聲橡膠4和支撐殼體2，其特征在于：所述一對金屬蓋板3對稱放置在支撐殼體2上，邊緣粘接在支撐殼體2上，中間形成空氣背襯6，該支撐殼體2固定有一導出線孔1；所述的壓電陶瓷振子5由多對壓電參數、厚度一致的壓電陶瓷圓片構成，兩壓電陶瓷圓片極化方向相對或相反，鑲嵌于金屬蓋板3上；外圍包敷一層水密透聲橡膠材料4。所述換能器的壓電陶瓷振子5是由28件壓電陶瓷圓片并聯構成，形成了大面積的壓電陶瓷輻射面。所述金屬蓋板3與支撐殼體2相互粘接，形成簡支的支撐邊界。所述水密透聲橡膠4為聚氨酯橡膠或硫化橡膠。所述換能器為雙面對稱輻射的彎曲換能器。

為了實現一種小體積、低頻、高效、大功率發射換能器：

第一步：物理邊界的實現：利用簡支邊界條件，圓板的彎曲振動模式具有低頻的特性；換能器具有兩輻射面同向輻射聲能量的特性；

第二步：振子的實現：大面積的壓電陶瓷振子5制作困難，利用傳統的小面積的壓電陶瓷原片鑲嵌在金屬蓋板3上，六個原片的圓面緊密環繞在一原片周圍，構成換能器的振子；

第三步：諧振頻率的確定：通過改變板寬及支撐寬度來確定振子模態頻率；

通過以上步驟，理論上確定了換能器的結構參數及諧振頻率參數。