双激励换能器的频带展宽电学方法及双激励水声换能器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于水声换能器领域，设及一种双激励换能器的频带展宽电学方法及双激 励水声换能器。
【背景技术】
[0002] 随着宽带水声换能器的广泛使用，如何进一步拓宽换能器的工作频带并使其发射 响应在带内起伏小（即频率响应曲线平坦）成为国内外学者研究换能器的重要方向。目前 国内外报道介绍的拓宽水声换能器带宽的方法有在前盖板上增加声匹配层，使用多层匹配 层能有效拓展厚度振动换能器带宽，但换能器的声学性能受匹配层的厚度、声速、密度等多 方面因素的制约，制作工艺复杂，一致性难保证。采用多模态禪合的原理合理安排各种振动 模态，运种拓宽频带的方式要精确控制两种或多种振动模态的间距，需要考虑换能器各部 分尺寸等多种因素。采用双源驱动对换能器前后陶瓷堆反相激励产生前两阶纵振使其达到 谐振，此外还可W采用新型换能材料。总之目前的换能器都是利用W上各种技术及其相结 合的方法，实现水声换能器在较宽的频率范围内工作。
[0003] 双激励换能器的两个谐振频率主要由前、后压电晶堆来控制，通过调整换能器相 应的尺寸可W改变工作带宽，但带宽越宽，发射响应起伏越大，带宽越窄，发射响应起伏越 小。所W发射响应起伏与带宽的矛盾在一定程度上限制了宽带换能器带宽的拓展。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种双激励换能器的频带展宽电学方法及双激励水声换 能器，通过降低前后压电晶堆控制的两个谐振频率处的发射电压响应值，使发射电压频率 响应曲线上的两个峰值降低，从而不出现过深的凹谷（发射电压响应在带内起伏减小），实 现水声换能器在较宽的频率范围内工作。 阳〇化]为达到上述目的，本发明采用W下技术方案：
[0006] 一种双激励换能器的频带展宽电学方法，双激励换能器包括由压电陶瓷与电极片 交错混合堆找而成的前压电晶堆和后压电晶堆，前压电晶堆和后压电晶堆分别连接电极引 线，通过将第二电阻R2、第一电阻Rl分别串联在前压电晶堆和后压电晶堆的正极引线，利 用第二电阻R2、第一电阻Rl的分压作用使前后压电晶堆所承担电压减小W降低前、后压 电晶堆控制的谐振频率处的发射电压响应值，降低换能器在工作频带内的发射电压响应起 伏，实现双激励换能器在较宽的频率范围内工作。
[0007] 一种宽带双激励水声换能器，包括依次设置的前盖板、前压电晶堆、中间质量块、 后压电晶堆和后盖板，前盖板、前压电晶堆、中间质量块、后压电晶堆和后盖板通过贯穿的 安装螺杆压在一起，前压电晶堆、后压电晶堆均由压电陶瓷与电极片交错混合堆找而成，前 压电晶堆和后压电晶堆分别连接电极引线，第二电阻R2串联在前压电晶堆正极引线上；第 一电阻Rl串联在后压电晶堆正极引线上，通过第一电阻Rl和第二电阻R2的分压作用降低 前、后压电晶堆承担的电压，降低前、后压电晶堆所控制的谐振频率处的发射电压响应值。
[0008] 进一步，包括外壳，压在一起的前盖板、前压电晶堆、中间质量块、后压电晶堆和后 盖板通过支架安装在外壳内，所述外壳靠近前盖板一端通过透声橡胶密封，外壳另一端通 过密封盖封闭，电极引线从密封盖上的过孔引出。
[0009] 进一步，所述外壳为圆柱壳形，密封盖为半球形，扣在圆柱壳形端部。
[0010] 进一步，所述前盖板采用LY12硬侣制成，中间质量块采用45#钢制成，前压电晶堆 和后压电晶堆采用PZT-4压电陶瓷和电极片压合而成。 W11] 发明具有W下优点：
[0012] 本发明的双激励换能器的频带展宽电学方法，将第二电阻R2、第一电阻Rl分别串 联在前、后压电晶堆上，利用电阻的分压作用使前后压电晶堆所承担电压减小，降低前后压 电晶堆所控制的谐振频率处的发射电压响应值，表现在频率响应曲线上一组相邻峰谷之间 差值减小（即发射电压响应在工作频带内起伏减小），使得换能器在两个谐振频率附近的 发射响应比非谐振频率的发射响应降低的幅度大很多，换能器非谐振频率出的发射响应幅 度几乎没有下降，实现了双激励换能器工作频带的展宽。本发明与其他宽带换能器相比较， 无需添加匹配层，所用元器件比较常见，价格也都比较低廉，整体结构及制作工艺简单且成 本低。
[0013] 本发明的宽带双激励水声换能器由前盖板、前压电晶堆、中间质量块、后压电晶 堆、后盖板、电极片、螺杆、第一电阻RU第二电阻R2、正、负极引线组成，在前、后压电晶堆 上分别串联一个电阻，利用电阻的分压作用使前后压电晶堆所承担电压减小，降低前后压 电晶堆所控制的谐振频率处的发射电压响应值，使频率响应曲线上不出现过深的凹谷（在 带内起伏小），实现了水声换能器在较宽的频率范围内工作。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明宽带双激励水声换能器的示意图；
[0015] 图2a为本发明实施例的剖面示意图；
[0016] 图化为本发明另一实施例的剖面示意图；
[0017] 图3为本发明的等效电路图；
[0018] 图4为本发明中完整的换能器传输矩阵示意图；
[0019] 图5为本发明中换能器四端网络矩阵的等效电路图；
[0020] 图6a为本发明设及的宽带双激励水声换能器的发射电压响应曲线（前后压电晶 堆均不串联电阻，即Rl= 0Q，R2 = 0Q时）；
[0021] 图化为本发明设及的宽带双激励水声换能器的发射电压响应曲线（前压电晶堆 串联电阻R2 = 9000,后压电晶堆串联电阻Rl= 300Q时）；
[0022] 图7为换能器水池测试结果示意图。
[0023] 图中：1-透声橡胶，2-外壳，3-支架，4-新型换能器，5-密封盖，401-前盖板， 402-前压电晶堆，403-电极片，404-中间质量块，405-后压电晶堆，406-后盖板，407-第二 电阻R2,408-第一电阻Rl,409-螺杆，410-后压电晶堆正极引线，411-前压电晶堆正极引 线。
【具体实施方式】
[0024]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基 于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其 他实施例，都属于本发明保护的范围。
[00巧]参考图1和图化，本实施例的宽带双激励水声换能器包括前盖板401、前压电晶堆 402、中间质量块404、后压电晶堆405、后盖板406、电极片403、螺杆409、第二电阻R2 407、 第一电阻Rl408,在所述前盖板401、前压电晶堆402、中间质量块404、后压电晶堆405、后 盖板406、电极片403的中屯、位置安装螺杆409，前盖板401、后盖板406分别安装在螺杆409 前后两端，穿孔圆柱形中间质量块404安装在所述前盖板401与后盖板406之间，前压电晶 堆402、后压电晶堆405均由压电陶瓷与电极片交错混合堆找而成，前压电晶堆402安装在 所述前盖板401与中间质量块404之间，后压电晶堆405安装在所述后盖板406与中间质 量块404之间，所述第二电阻