[發明專利]一種組合極化的超低頻彎曲圓盤換能器及其制備方法

在審

• 申請號: 202210559054.6
• 申請日: 2022-05-22
• 公開（公告）號: CN114915876A
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 程啟航;郝浩琦;俞思源;伍恒飛;師浩然
• 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: H04R1/44
• 分類號: H04R1/44;H04R17/10;H04R31/00
• 代理公司: 杭州賽科專利代理事務所(普通合伙) 33230
• 代理人: 宋飛燕

本發明涉及一種組合極化的超低頻彎曲圓盤換能器及其制備方法，2個換能部件相對、輻射面朝外，2個換能部件間設空氣腔；配合2個換能部件設有接線纜，配合任一換能部件中設有組合極化組件。本發明以切向極化和厚度極化結合，在常規的厚度極化的基礎上，新增切向極化，對外側位置的振動位移進行位移補償，以獲取更優的振動模態、更大的振動位移；通過改變壓電元件的分布方式，增加有源驅動材料的等效分布空間；在降低了彎曲圓盤換能器諧振頻率的同時，具有較高發送電壓響應，提高了換能器的發射能力；提出新的切向極化的實現方式，解決元件與金屬板之間的短路問題，保證材料之間振動模態的適配性，使整個換能器具有更好的振動模態。

技術領域

本發明涉及專門適用于水下使用的配件，例如用于水聽器的技術領域，特別涉及一種組合極化的超低頻彎曲圓盤換能器及其制備方法。

背景技術

水聲換能器是在水介質中實現聲與其他形式能量或信息轉換的一類傳感器，其是聲吶系統最前端的設備，也是聲吶系統與水介質相互作用、交流信息的窗口。換能器的發展首先面對的技術問題就是幾何尺寸，一般諧振式換能器的工作頻率與幾何尺寸成反比，也就是說換能器的頻率越低則幾何尺寸將會越大，而彎曲振動則可以有效縮減低頻換能器的幾何尺寸。

而隨著水聲探測技術向著深水、超低頻、大功率的方向發展，當工作頻率下探到數百赫茲乃至數十赫茲，彎曲圓盤換能器的有效直徑急劇增加，但受限于壓電陶瓷元件成型工藝，大尺寸的壓電陶瓷制備遇到瓶頸，無法驅動大尺寸的金屬圓盤，因此在現有壓電陶瓷元件供給條件下必須探索多元件分布式驅動的方法，來實現彎曲圓盤換能器諧振頻率的大幅降低，以滿足低頻段水聲遠程探測與通信技術的發展需要。

現有技術中，解決生產制造大面積尺寸的壓電陶瓷元件困難的問題多采用多個小尺寸壓電陶瓷圓片拼裝、替代大尺寸的圓片，如中國專利“一種超低頻彎曲圓盤換能器”（公開號為CN109195066A）和中國專利“鑲嵌式大面積低頻彎曲換能器”（公開號為CN202662280U）中所涉及的技術方案，這些技術雖然解決了換能器的結構問題，但就換能器性能而言并未實現提升，常規的分布式激勵彎曲盤換能器還是采用厚度極化的壓電陶瓷圓片均勻鑲嵌在金屬板上，雖然實現了低頻發射，但受制于分布方式單一，等效壓電材料區域面積小，導致換能器的發送電壓響應偏低，且-3dB的響應帶寬較窄，在諧振點處的發送電壓響應級偏低，最大聲源級較小。

進一步地，關于切向極化的實現方式，例如中國專利“鑲拼彎曲圓盤水聲換能器”（公開號為CN107580274A）公開了以扇形陶瓷元件粘接在金屬板的表面，很大程度上并未使彎曲圓盤換能器振動模態最優化。

發明內容

本發明解決了現有技術中存在的問題，提供了一種優化的組合極化的超低頻彎曲圓盤換能器及其制備方法，針對機動布放平臺超低頻遠程探測發展需要，瞄準現有制造工藝無法制備適用于彎曲圓盤換能器的大尺寸壓電元件的瓶頸，通過改變彎曲圓盤換能器的壓電陶瓷元件的分布方式和極化方式，改變了彎曲圓盤換能器的振動模態，從而達到諧振頻率的進一步下探，提高換能器的發射能力，使其適應未來機動式探測系統的發展需要。

本發明所采用的技術方案是，一種組合極化的超低頻彎曲圓盤換能器，包括2個相對設置的換能部件，任一所述換能部件的輻射面朝外，2個所述換能部件間設有空氣腔；配合2個所述換能部件設有接線纜；

配合任一所述換能部件中設有組合極化組件。

優選地，任一所述換能部件包括支架環，所述支架環的內壁處嵌設有底板，所述底板上分布有組合極化組件；配合所述底板設有引線孔，配合所述支架環設有出線孔。

優選地，所述組合極化組件包括設于底板中心的厚度極化件及環設于厚度極化件外的若干同心的切向極化件，以厚度極化件與底板接觸的一面為負極，相鄰的切向極化件及切向極化件和厚度極化件間設有隔離環。

優選地，任一切向極化件包括若干首尾連接的扇形元件，相鄰的2片扇形元件的極化方向相反，相鄰的2片扇形元件間設有電極片。