一种多压电陶瓷堆激励深水宽带换能器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及水声通信、探测、海洋深水研究领域，具体地，本发明涉及一种多压电陶瓷堆激励深水宽带换能器。
【背景技术】
[0002]21世纪是海洋的世纪，水声换能器是认识海洋的重要手段，在水声通信、探测、海洋深水研究领域都有广泛应用。目前各大海洋资源国家对海洋资源和海洋领土的重视前所未有，深海开发技术已经成为热点，这就要求水声换能器能够在深水条件下工作。这对水声换能器的性能提出了更高的要求。
[0003]传统的深水宽带压电圆管换能器采用开放式溢流结构，此种结构的换能器采用径向振动和内部液腔振动，以实现宽带，由于径向振动存在内外反相问题，换能器的发射电压响应有所降低。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术中的水声换能器在深水下工作时内外反相问题造成发射响应大大减小的问题，从而提供一种能够获得较大发射电压响应的深水、宽带换能器。
[0005]为了实现上述目的，本发明提供了一种多压电陶瓷堆激励深水宽带换能器，包括压电陶瓷堆1、下筒形端盖2、预应力螺杆3以及上筒形端盖4 ;其中，
[0006]所述压电陶瓷堆I有多个，任一压电陶瓷堆I通过预应力螺杆3安装在所述下筒形端盖2与上筒形端盖4之间，所述多个压电陶瓷堆I之间并联连接；所述的下筒形端盖2的最上端与上筒形端盖4的最下端之间留有间距。
[0007]上述技术方案中，还包括弹性透声腔5以及顺性管6 ;其中，所述弹性透声腔5位于安装完毕的压电陶瓷堆1、下筒形端盖2、预应力螺杆3、上筒形端盖4之外，在其内安装所述顺性管6。
[0008]上述技术方案中，所述压电陶瓷堆I的外套设有防水用的水密层；所述水密层采用聚氨酯胶或硫化橡胶制成，水密层内充有包括蓖麻油在内的电绝缘物质。
[0009]上述技术方案中，所述弹性透声腔5内部充斥包括蓖麻油、娃油在内的电绝缘物质，所述弹性透声腔5内部的物质与所述弹性透声腔5 —起形成水密结构。
[0010]上述技术方案中，所述下筒形端盖2、上筒形端盖4的中间位置开有圆孔。
[0011]上述技术方案中，所述压电陶瓷堆I的数目在4-12个之间。
[0012]上述技术方案中，在一所述压电陶瓷堆I的中心位置安装一预应力螺杆3。
[0013]上述技术方案中，在一所述压电陶瓷堆I的四周均匀安装多个预应力螺杆3’。
[0014]本发明的优点在于:
[0015]本发明的换能器为多压电陶瓷堆和开孔端盖构成的类圆管溢流换能器，利用其压电堆和上下盖板的多模态振动，实现了换能器的大宽带发射，利用多压电堆的33工作模式，及减小因圆管结构径向振动的反相问题带来的较大发射响应减小的问题，获得了大功率的发射。
【附图说明】
[0016]图1是本发明的多压电陶瓷堆激励深水宽带换能器在一个实施例中的结构示意图；
[0017]图2是本发明的多压电陶瓷堆激励深水宽带换能器在另一个实施例中的结构示意图；
[0018]图3是本发明的多压电陶瓷堆激励深水宽带换能器施加预应力的一种方式；
[0019]图4是本发明的多压电陶瓷堆激励深水宽带换能器发射电压响应图。
[0020]附图标识
[0021]I 压电陶瓷堆2 下筒形端盖
[0022]3 预应力螺杆3’ 预应力螺杆
[0023]4 上筒形端盖5 弹性透声腔
[0024]6 顺性管
【具体实施方式】
[0025]现结合附图对本发明作进一步的描述。
[0026]参考图1，在一个实施例中，本发明的多压电陶瓷堆激励深水宽带换能器包括:压电陶瓷堆1、下筒形端盖2、预应力螺杆3以及上筒形端盖4。其中，所述压电陶瓷堆I有多个，任一压电陶瓷堆I通过一预应力螺杆3安装在所述下筒形端盖2与上筒形端盖4之间，所述多个压电陶瓷堆I之间并联连接；所述的下筒形端盖2的最上端与上筒形端盖4的最下端之间留有间距。
[0027]下面对该换能器中的各个部件做进一步的说明。
[0028]所述压电陶瓷堆I可采用极化的PZT-4或PZT-8压电陶瓷实现。
[0029]所述压电陶瓷堆I的外套设有防水用的水密层。所述水密层可采用聚氨酯胶或硫化橡胶制成，水密层内可充蓖麻油等电绝缘物质。所述电绝缘物质能够起到电绝缘、散热、压力平衡的作用。
[0030]在图1所示的实施例中，所述压电陶瓷堆I的数目为6个，这些压电陶瓷堆I在同一圆周上均匀、对称分布。在其他实施例中，所述压电陶瓷堆I的数目在4-12个之间，这些压电陶瓷堆I也应在同一圆周上均匀、对称分布。
[0031]所述多个压电陶瓷堆I之间并联连接是指各个压电陶瓷堆的正极和正极相连，负极和负极相连。
[0032]在本实施例中，所述下筒形端盖2、上筒形端盖4的中间位置开有圆孔，在其他可选的实施例中，两者也可不开孔，但会对声场性能有一定的影响。
[0033]所述下筒形端盖2、上筒形端盖4可采用防锈硬铝实现。
[0034]所述预应力螺杆3分别与下筒形端盖2、上筒形端盖4刚性连接，所述预应力螺杆3可采用不锈钢实现。
[0035]参考图2，在另一个实施例中，本发明的多压电陶瓷堆激励深水宽带换能器还包括:弹性透声腔5以及顺性管6 ;其中，所述弹性透声腔5位于安装完毕的压电陶瓷堆1、下筒形端盖2、预应力螺杆3、上筒形端盖4之外，在其内可安装顺性管6。
[0036]所述弹性透声腔5能够起到防水作用。在本实施例中，所述压电陶瓷堆I的外套可不做水密处理，而是在弹性透声腔5内部充斥包括蓖麻油、硅油在内的电绝缘物质，弹性透声腔5内部的液体与弹性透声腔5 —起形成水密结构。这样既可以与周边水保持同压力，又不会在高压下短路。
[0037]所述顺性管6是一种内部充空气的密闭圆柱结构，其位于弹性透声腔5内部的液体里，利用其具有一定的耐压性和可压缩性可改善换能器的发射响应性能。
[0038]在图1所示的实施例中，所述预应力螺杆3位于压电陶瓷堆I的内部，即该实施例中的压电陶瓷堆采用中心螺杆施加预应力，在其他实施例中，如图3所示，可在压电陶瓷堆I的四周安装预应力螺杆3’，每个压电陶瓷堆I的四周可安装4-6个预应力螺杆3’。
[0039]图4是本发明的多压电陶瓷堆激励深水宽带换能器的发射电压响应图，该图反映了本发明的换能器的声性能，表明此种结构在满足深水工作的情况下，可以获得宽带、大功率的声性能。
[0040]最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【主权项】
1.一种多压电陶瓷堆激励深水宽带换能器，其特征在于，包括压电陶瓷堆(I)、下筒形端盖(2)、预应力螺杆(3)以及上筒形端盖(4);其中， 所述压电陶瓷堆(I)有多个，任一压电陶瓷堆(I)通过预应力螺杆(3)安装在所述下筒形端盖(2)与上筒形端盖(4)之间，所述多个压电陶瓷堆(I)之间并联连接；所述的下筒形端盖(2)的最上端与上筒形端盖(4)的最下端之间留有间距。
2.根据权利要求1所述的多压电陶瓷堆激励深水宽带换能器，其特征在于，还包括弹性透声腔(5)以及顺性管(6);其中，所述弹性透声腔(5)位于安装完毕的压电陶瓷堆(I)、下筒形端盖(2 )、预应力螺杆(3 )、上筒形端盖(4 )之外，在其内安装所述顺性管(6 )。
3.根据权利要求1所述的多压电陶瓷堆激励深水宽带换能器，其特征在于，所述压电陶瓷堆(I)的外套设有防水用的水密层；所述水密层采用聚氨酯胶或硫化橡胶制成，水密层内充有包括蓖麻油在内的电绝缘物质。
4.根据权利要求2所述的多压电陶瓷堆激励深水宽带换能器，其特征在于，所述弹性透声腔(5)内部充斥包括蓖麻油、硅油在内的电绝缘物质，所述弹性透声腔(5)内部的物质与所述弹性透声腔(5) —起形成水密结构。
5.根据权利要求1或2所述的多压电陶瓷堆激励深水宽带换能器，其特征在于，所述下筒形端盖(2)、上筒形端盖(4)的中间位置开有圆孔。
6.根据权利要求1或2所述的多压电陶瓷堆激励深水宽带换能器，其特征在于，所述压电陶瓷堆(I)的数目在4-12个之间。
7.根据权利要求1所述的多压电陶瓷堆激励深水宽带换能器，其特征在于，在一所述压电陶瓷堆(I)的中心位置安装一预应力螺杆(3)。
8.根据权利要求1所述的多压电陶瓷堆激励深水宽带换能器，其特征在于，在一所述压电陶瓷堆(I)的四周均匀安装多个预应力螺杆(3’)。
【专利摘要】本发明涉及一种多压电陶瓷堆激励深水宽带换能器，包括压电陶瓷堆、下筒形端盖、预应力螺杆以及上筒形端盖；其中，所述压电陶瓷堆有多个，任一压电陶瓷堆通过预应力螺杆安装在所述下筒形端盖与上筒形端盖之间，所述多个压电陶瓷堆之间并联连接；所述的下筒形端盖的最上端与上筒形端盖的最下端之间留有间距。本发明利用其压电堆和上下盖板的多模态振动，实现了换能器的大宽带发射，利用多压电堆的33工作模式，及减小因圆管结构径向振动的反相问题带来的较大发射响应减小的问题，获得了大功率的发射。
【IPC分类】H04R17-00
【公开号】CN104811879
【申请号】CN201410033314
【发明人】刘慧生, 莫喜平, 张运强
【申请人】中国科学院声学研究所
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2014年1月23日