[發明專利]一種超磁致伸縮換能器連續可調預應力裝置及方法

有效

• 申請號: 201811325652.7
• 申請日: 2018-11-08
• 公開（公告）號: CN109482455B
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發明（設計）人: 張天麗;陳雪陽;蔣成保
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B06B1/08
• 分類號: B06B1/08
• 代理公司: 11251 北京科迪生專利代理有限責任公司
• 代理人: 安麗;鄧治平<國際申請>=<國際公布>=

本發明公開了一種超磁致伸縮換能器連續可調預應力裝置及方法，適用水聲換能器領域。所述預應力裝置由預應力施加桿、第一開通孔梯形塊、第二開通孔梯形塊、手柄、第一配合塊、第二配合塊組成，其中第一配合塊與第二配合塊均具有凹、凸兩種構形。第一開通孔梯形塊、第二開通孔梯形塊內開兩段相反方向螺紋與預應力施加桿配合，第一開通孔梯形塊、第二開通孔梯形塊外側斜面的一字形凸起和第一配合塊、第二配合塊內側斜面的一字形凹槽連接，預應力施加桿上的十字形凹槽和手柄上的十字形凸起連接。所述超磁致伸縮換能器連續可調預應力方法，可運用所述裝置實現超磁致伸縮材料連續、可調且大小足夠的預應力施加，并能拓展適用于多種構型的水聲換能器。

技術領域

本發明涉及一種超磁致伸縮換能器連續可調預應力裝置及方法，屬水聲換能器領域。

背景技術

換能器是一種能量轉換裝置，水聲換能器可在水下將電磁能轉換為機械能(發射器)，或將機械能轉化為電磁能(水聽器)，由于聲波在水中能實現信息有效且遠距離傳遞，水聲換能器多用于水聲環境監測、水域資源開發、反潛戰及水聲通信等領域。

超磁致伸縮材料相比其他材料具有磁致伸縮系數大、響應時間短、能量密度高、抗壓強度高和承載能力大的優點，是低頻、大功率水聲換能器制作的理想材料，在水聲換能器領域應用廣泛。而實際應用中，超磁致伸縮材料的振動性能與材料的狀態密切相關，即在不同的機械預應力下有不同的輸出性能。預應力過小時，超磁致伸縮材料不能達到最優輸出性能，預應力過大時，將降低在一定交變磁場幅度下，超磁致伸縮棒的伸縮系數，因此，在實際應用過程中，需要給超磁致伸縮棒加上合適的預應力，使其能夠在定幅值的交變磁場作用下達到更大的輸出，由于超磁致伸縮棒受壓強度比受拉強度高，施加一定的預應力還可保護超磁致伸縮材料不受損壞。

研制超磁致伸縮換能器過程中，給換能器中的超磁致伸縮棒施加連續、可調的合適大小的預應力是技術難點。調試過程中，需要根據具體材料及應用的情況施加合適大小的預應力，通過傳感器讀數或振動測試驗證換能器輸出已達到最佳范圍。根據王博文等人的研究，使用鋼帶通過螺栓對超磁致伸縮棒施加預應力時，會影響整個換能器的附加剛度，且影響到整個磁路結構的穩定性。使用碟簧等對換能器施加預應力時，剛度降低，可增加溫度變化時的預應力穩定性，但對于多棒的磁路則難以保持預應力的一致性。而對于預應力塊施加預應力的方式，則存在裝配過程中容易一次性損壞內部超磁致伸縮材料的問題。

發明內容

本發明技術解決問題：克服現有技術的不足，提供一種超磁致伸縮換能器連續可調預應力裝置及方法，用于對超磁致伸縮換能器施加連續、可調的預應力，解決以上問題，經過尺寸及形狀調整可用于不同形狀各種大小的換能器的預應力施加。

本發明預應力裝置由以下部分組成：預應力施加桿、第一開通孔梯形塊、第二開通孔梯形塊、手柄、第一配合塊、第二配合塊。

其中，第一開通孔梯形塊、第二開通孔梯形塊的通孔的孔徑在4mm-8mm，具體應用時根據強度條件校核。第一配合塊、第二配合塊的材料是60Si2MnA彈簧鋼。配合塊為凹形或凸形的鋼塊，配合塊的尺寸根據實際應用時根據換能器的尺寸改變。

第一種實施形式中：預應力施加桿與第一開通孔梯形塊、第二開通孔梯形塊以螺紋方式連接，其中，第一開通孔梯形塊、第二開通孔梯形塊通孔中的兩段螺紋方向相反。第一開通孔梯形塊、第二開通孔梯形塊與第一凹形配合塊、第二凹形配合塊之間通過第一開通孔梯形塊、第二開通孔梯形塊外側斜面的一字形凸起和第一凹形配合塊、第二凹形配合塊內側斜面的一字形凹槽連接，手柄與預應力施加桿通過預應力施加桿上的十字形凹槽和手柄上的十字形凸起連接。

手柄旋動預應力施加桿，帶動兩端與其連接的第一開通孔梯形塊、第二開通孔梯形塊向外滑動。固定第二凹形配合塊位置，而第一凹形配合塊和第二凹形配合塊之間的距離變大，與超磁致伸縮材料緊密接觸的第一凹形配合塊將向超磁致伸縮材料傳遞對應大小的預應力。