[發明專利]雙向多級串聯彎曲圓盤換能器

在審

• 申請號: 202010140369.8
• 申請日: 2020-03-03
• 公開（公告）號: CN111263266A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 周益明
• 申請（專利權）人: 蘇州聲之源電子科技有限公司
• 主分類號: H04R1/44
• 分類號: H04R1/44;G10K9/122;G10K9/18
• 代理公司: 蘇州新知行知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32414
• 代理人: 陳勐哲

本發明提供一種雙向多級串聯彎曲圓盤換能器，包括折回結構體、可伸縮殼體和壓電陶瓷片，所述可伸縮殼體套設在折回結構體的外側，折回結構體上沿軸向間隔設有多層壓電陶瓷片，且所述折回結構體沿軸向設有第一輻射端和第二輻射端，所述第一輻射端和第二輻射端的能量輸出方向相反。其中，折回結構體采用多級串聯的壓電驅動方式，與現有技術中的換能器相比，在同等頻率、功率條件下，該換能器為具有更小尺度，更輕重量，更高功率密度的低頻大功率換能器。另外，該換能器可以作為獨立小型低頻聲源，也可以組成陣列后實現低頻大功率工作，甚至可以作為某些類型低頻彎張換能器的驅動單元，是傳統低頻換能器驅動方式的有效補充。

技術領域

本發明涉及換能器技術領域，特別是涉及一種雙向多級串聯彎曲圓盤換能器。

背景技術

隨著水聲系統和裝備逐年技術的突破，水聲系統的運用場景和重要性逐步提升。新的水下力量的較量要求水聲系統著重解決遠距離通訊、低噪聲目標識別、低回波特性目標探測等問題。低頻水聲系統是水下力量發展的重要方向。

作為低頻水聲系統的關鍵技術，低頻換能器技術有兩個重要的發展方向：

一個是低頻大功率寬帶運用，其目標是最大可能地實現向水中輻射低頻聲能，為了提升聲源級，這類換能器基陣通常體積規模龐大，主要應用于艦載和岸基的各種類型的大型主動探測聲納，越低的頻率和越大的聲功率就能獲取越強的水下遠程探測能力，美國海軍“無瑕”號水聲測量船裝載的 LFA 大規模低頻聲源陣列重達十數噸，能實現主動探測 130公里以外的敷瓦潛艇。

另一個重要發展方向是輕型、寬帶、高效、低頻的發展方向。在各種水聲與水聲對抗設備及系統中，大部分的低頻聲源在安裝過程中或多或少地受到來自平臺空間、載荷、能源等方面的條件限制，比如航空吊放聲納、主動浮標聲納、魚雷報警聲納主動拖線陣、水聲應答器、水聲通信、水聲目標模擬器、聲誘餌、水聲干擾器材等等，這些水聲設備和系統是當前水聲領域的熱點、應用更為廣泛，它們對體積小、重量輕的低頻、寬帶、高效大功率聲源的需求十分迫切。

如圖5所示，為現有技術中的換能器的結構，其中，圖a為對稱雙疊片彎曲圓盤換能器，對具有對稱結構的空氣背襯雙疊片彎曲圓盤換能器進行了研究，該類型換能器具有小尺寸、低頻率、高效率等特點，且適合工程化，但其具有抗壓能力低的缺點，不能應用于深水領域；圖b為帶有溢流腔的耐壓型彎曲圓盤換能器，該換能器通過溢流口處引入海水，實現內外壓力平衡，大大的提高換能器的耐壓能力，然而由于內部空氣腔體被海水取代，換能器的負載降低了。現有技術中一般采用增加圓盤換能器的直徑來獲取低頻換能器，由于換能器直徑增加，導致降低了換能器的耐壓強度，這種方式雖然可以獲得更低的頻率，但是是以犧牲耐壓強度為代價的，因此，需要設計一種新型結構的換能器，既能獲得較低的頻率又能保證換能器的耐壓強度。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：為了克服現有技術中低頻換能器不能兼顧頻率和強度效果的不足，本發明提供一種雙向多級串聯彎曲圓盤換能器，兼具小型化，輕量化，大負載，抗壓能力高的特性。

本發明解決其技術問題所要采用的技術方案是：一種雙向多級串聯彎曲圓盤換能器，包括折回結構體、可伸縮殼體和壓電陶瓷片，所述可伸縮殼體套設在折回結構體的外側，折回結構體上沿軸向間隔設有多層壓電陶瓷片，且所述折回結構體沿軸向設有第一輻射端和第二輻射端，所述第一輻射端和第二輻射端的輻射方向相反。采用折回結構體實現換能器的串聯結構，從而在保證單個換能器耐壓強度不被降低的情況下，降低了換能器的頻率，獲得低頻換能器結構；折回結構體設置兩個輻射端，可以滿足雙向輻射的需要。折回結構體的節平面處為振動幅度的零點位置，第一輻射端和第二輻射端沿節平面對稱，且方向相反；在節平面的節點處的變形量為零，可以與殼體進行固定，以保證殼體和折回結構體之間的相對穩固，且不影響對稱的能量輸出。由于使用時，內部壓電陶瓷在電信號驅動下產生徑向形變，會帶動折回結構體產生軸向方向上的變形，因此，采用了可伸縮殼體以保證輻射面作軸向振動。