一种低频宽带IV型弯张换能器的制作方法

本发明涉及换能器技术领域，尤其涉及一种低频宽带iv型弯张换能器。

背景技术

低频水声换能器作为声呐探测设备的核心部件，对于水下通信等具有重要的研究意义。随着声隐身技术的发展，传统的被动声纳探测方法遇到了很大的困难，低频主动声纳日益成为水下远程目标探测的主要手段之一。

目前使用相对比较成熟的iv型弯张换能器具有较大的体积位移特性，使其具备了小体积、低频特性的同时，还具备了大功率辐射特征。中科院声学所莫喜平对其进行了改进，通过溢流式换能器壳体开厚度贯通缝隙，以形成多谐振动模式，得到宽带辐射特性。然而，因为厚度贯通的缝隙使弯张换能器内腔充水，降低了换能器壳体的振动幅度，从而减少换能器的有功辐射功率和发射电压响应水平，也降低了换能器的电声转换效率。另外，长度及宽度一致的厚度贯通缝隙也无法充分展宽弯张换能器的宽频特性。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种低频宽带iv型弯张换能器，在提高iv型弯张换能器的有功辐射功率、发射电压响应水平和电声转换效率的同时，充分展宽弯张换能器的宽频特性。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是在提高iv型弯张换能器的有功辐射功率、发射电压响应水平和电声转换效率的同时，充分展宽弯张换能器的宽频特性。

为实现上述目的，本发明提供了一种低频宽带iv型弯张换能器，包括弯张壳体、压电晶堆、过渡块、密封垫、上盖板、下盖板、连接螺杆和水密电缆头；所述弯张壳体与所述过渡块配合连接；所述压电晶堆与所述过渡块配合连接；所述密封垫上下表面分别与所述弯张壳体、所述上盖板、所述下盖板紧密接触，通过所述连接螺杆组成所述低频宽带iv型弯张换能器的整体结构；所述上盖板设置有与所述水密电缆头连接的电连接孔；所述弯张壳体的外表面或内表面开有1个及以上数量的半深槽。

进一步地，所述半深槽的深度不大于所述弯张壳体的厚度。

进一步地，所述半深槽以所述弯张壳体短轴面为中心对称分布，每一个所述半深槽左右对称部分为连通或非连通状态。

进一步地，所述半深槽的位置、槽长及槽宽可以调整，每一个所述半深槽的槽长及槽宽不一定相等，相邻的所述半深槽的距离不相等。

进一步地，所述弯张壳体的材料为硬铝、不锈钢、钛合金、铝镁合金、镁合金、碳纤维或玻璃纤维中的任一种。

进一步地，所述压电晶堆的材料为压电陶瓷、pzn-pt、pmn-pt、pin-pmn-pt、掺锰pmn-pt或掺锰pin-pmn-pt铁电单晶材料中的任一种。

进一步地，所述压电晶堆由n片矩形压电片粘接而成，其中n为大于等于2的偶数。

进一步地，所述矩形压电片厚度方向极化，每两个所述矩形压电片之间布放一个电极片，所述矩形压电片之间采用并联连接。

进一步地，所述电极片采用铜材料制成。

进一步地，所述矩形压电片和所述电极片之间用环氧树脂逐一粘接。

与现有技术相比，本发明利用弯张壳体外表面或内表面的半深槽位置、槽长及槽宽调整，方便获得不同频率的多模态耦合，实现换能器的宽频特性；同时，避免了溢流式iv弯张换能器因内部充水导致的低有功辐射功率和发射电压响应水平，提高了iv换能器的电声转换效率，形成iv换能器的低频宽带大功率辐射，具有体积小、频率低、频带宽、功率大的优点。本发明可应用于低频主动声呐、远程通信和海洋地质研究等领域。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的低频宽带iv弯张换能器(弯张壳体外表面半深槽左右对称部分连通)结构示意图的等轴侧视图；

图2是本发明的低频宽带iv弯张换能器(弯张壳体外表面半深槽左右对称部分连通)结构示意图的半剖视图；

图3是本发明的低频宽带iv弯张换能器(弯张壳体外表面半深槽左右对称部分非连通)结构示意图的等轴侧视图；

图4是本发明的低频宽带iv弯张换能器(弯张壳体外表面半深槽左右对称部分非连通)结构示意图的半剖视图；

其中，1-弯张壳体，2-下盖板，3-密封垫，4-上盖板，5-连接螺杆，6-水密电缆头，7-压电晶堆，8-过渡块。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

实施例1

如图1、图2所示，本实施例中的弯张壳体1由外表面的半深槽以弯张壳体1的短轴面为中心对称分布，每一个半深槽左右对称部分连通而成，弯张壳体1的材料为硬铝、不锈钢、钛合金、铝镁合金、镁合金、碳纤维或玻璃纤维中的任一种。

本实施例中的驱动单元为压电晶堆7，压电晶堆7的材料为压电陶瓷、pzn-pt、pmn-pt、pin-pmn-pt、掺锰pmn-pt或掺锰pin-pmn-pt铁电单晶材料中的任一种。压电晶堆7由n片矩形压电片粘接而成，其中n为≥2的偶数，矩形压电片厚度方向极化，每两个压电片之间布放一个电极片，以焊接引线，电极片采用铜材料制成。压电片之间采用并联连接，用环氧树脂将压电片与电极片逐一粘接构成驱动元件。

对弯张壳体1的短轴施加一定压力，使弯张壳体1产生变形，直至长轴内径大于两个端块之间的距离，把两个压电晶堆7与两个过渡块8一同装入弯张壳体1内，然后卸去施加在弯张壳体1短轴上的压力，使弯张壳体1夹紧两个过渡块8及压电晶堆7。

本实施例中的低频宽带iv型弯张换能器为非溢流式结构，采用上盖板4和下盖板2对弯张壳体1进行密封，上盖板4、下盖板2与弯张壳体1之间均采用密封垫3去耦；上盖板4装有水密电缆头6，用来引出换能器的正负极，上盖板4和下盖板2之间采用六个连接螺杆5固定，使换能器成为一个整体。

换能器工作时，对压电晶堆7施加交流电激励，由于压电效应，使得压电陶瓷堆2产生纵向伸缩振动，通过与弯张壳体1的机械耦合，激励弯张壳体1的弯曲振动。由于弯张壳体1外表面或内表面的多个半深槽的位置、槽长及槽宽不同，可以获得不同频率的多模态耦合，从而实现iv换能器的宽频特性；同时，因为采用非溢流式的盖板密封结构，避免了溢流式iv弯张换能器因内部充水引起的低有功辐射功率和发射电压响应水平，能形成iv换能器的低频宽带大功率辐射。

实施例2

如图3、图4所示，本实施例中，弯张壳体1由外表面的半深槽以弯张壳体1短轴面为中心对称分布，每一个半深槽左右对称部分为非连通对称分布，中间部分无半深槽。

本实施例中的其余部分与实施例1相同。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。