分段式压电驱动源开缝圆环换能器及拼装方法与流程

本发明涉及水声换能器，具体地，涉及一种分段式压电驱动源开缝圆环换能器及拼装方法。

背景技术：

1、声波是海洋中唯一能够远距离传播的信息载体,声波在水中传播的损失会随着频率上升而增加，并且消声技术有效降低了中高频段的目标强度，但对低频段而言效果并不明显。因此，低频段在水声工程中受到相关科研人员特别关注，且水声换能器作为声波的发射与接收设备，低频发射换能器成为重点研究方向。弯曲振动换能器的基频与线度平方成反比，与厚度成正比，可以激发产生比圆环径向振动或者复合棒纵振模式更低的声辐射，因而是低频水声换能器研究中极其重要的一部分。开缝圆环换能器是一类比较新颖的弯曲振动换能器，其典型结构是一垂直开缝的金属圆环及环内驱动源制成的低频换能器，结构刚度较低，是实现低频换能器小型化的一类设计，并且改进方法很多，可应用于远程主动声呐系统、超低频水声实验、海底资源探测及海洋捕捞等水声领域中。

2、现有公开号cn107727746a的专利文献，公开了一种双壳体开缝圆管水声换能器，包括双层金属壳体、设置在双层金属壳体内表面的镶拼压电陶瓷圆管，所述双层金属壳体包括双层段、与双层段圆滑连接的单层段，双层段由内壳体和外壳体构成，且内壳体与外壳体之间形成月牙形空腔，单层段的厚度是渐变的，在单层段厚度最小处设置有一纵向全开缝，所述镶拼压电陶瓷圆管由n片pzt-4压电陶瓷条与铜电极片粘接而成，压电陶瓷条沿厚度极化，每相邻的两片压电陶瓷条的极化方向相反，且相邻两片压电陶瓷条之间设置有电极片。

3、在开缝圆环换能器结构设计中，研究人员常对开缝金属外环及环内驱动源结构进行改进，内容包括形式各异的驱动方式、新型外形结构组成等，使开缝圆环换能器具备更低频率、更小体积的特点。现有技术通过增大开缝圆环换能器的体积实现谐振频率降低，很难在换能器体积不改变的情况下，大幅降低工作谐振频率，这限制了开缝圆环换能器的应用范围和使用环境。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种分段式压电驱动源开缝圆环换能器。

2、根据本发明提供的一种分段式压电驱动源开缝圆环换能器,包括开缝圆环和多个分段结构，所述开缝圆环的周侧设置有一条全开缝，多个所述分段结构在开缝圆环的内表面分段设置，相邻两个分段结构之间存在间距，多个所述分段结构关于全开缝和开缝圆环的中心轴线所在的平面对称；所述分段结构包括压电陶瓷堆和绝缘层，所述绝缘层设置在开缝圆环和压电陶瓷堆之间。

3、优选地，所述压电陶瓷堆包括多片压电陶瓷条和多片电极片，任一所述压电陶瓷条的两侧电极均粘接有电极片。

4、优选地，所述压电陶瓷条沿切向极化，相邻的两片压电陶瓷条的极化方向相反。

5、优选地，所述压电陶瓷条与电极片镶拼排列成圆弧形。

6、优选地，所述绝缘层的中心线与压电陶瓷堆的中心线重合。

7、优选地，所述压电陶瓷堆与绝缘层过盈配合，所述绝缘层的长度大于压电陶瓷堆的长度。

8、优选地，所述绝缘层与开缝圆环粘接，所述压电陶瓷堆与绝缘层粘接。

9、优选地，所述压电陶瓷条的横截面包括梯形，所述开缝圆环的开缝大小对应的圆心角的角度与梯形的两条腰所在直线形成夹角的角度相同。

10、优选地，所述开缝圆环包括金属开缝圆环。

11、本发明还提供的一种分段式压电驱动源开缝圆环换能器的拼装方法，具体包括以下步骤：

12、s1：将压电陶瓷条、电极片、绝缘层以及开缝圆环进行清洗，去除水分、杂质及油污，隔绝空气干燥；

13、s2：对干燥处理后的绝缘层的表面进行等离子活化处理；

14、s3：在开缝圆环的内表面粘接绝缘层，相邻绝缘层之间存在间距，绝缘层关于开缝中心到开缝圆环的圆心所在的直线对称；

15、s4：将压电陶瓷条与电极片镶拼排列成压电陶瓷堆粘接在绝缘层的内表面。

16、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

17、1、本发明通过在开缝圆环的内表面设置多个分段压电陶瓷堆，在没有改变开缝圆环换能器体积的情况下，降低了开缝圆环换能器的工作谐振频率，同时还减少了开缝圆环换能器总重量；

18、2、本发明通过调整分段结构中压电陶瓷堆的间距以及压电陶瓷条的数量，可以根据需求达到不同的效果，具有一定的调节能力；

19、3、本发明通过在开缝圆环的内表面设置多个分段结构，分段结构可以由两段结构继续延展成四段结构、六段结构等多压电陶瓷堆设计，两段结构具有一定的设计发展空间，适用于各种直径的开缝圆环的改进应用，拓展范围广；

20、4、本发明在开缝圆环的内表面设置多个分段结构的设计，无需额外工装，降低了制作成本。

21、5、本发明通过将压电陶瓷堆分为多段，减小了各压电陶瓷堆和绝缘层的大小，可以更容易通过按压压电陶瓷堆，绝缘层等离子表面活性处理的方式，使压电陶瓷堆、绝缘层、开缝圆环粘接牢固，同时减小了粘接难度。

技术特征：

1.一种分段式压电驱动源开缝圆环换能器，其特征在于，包括开缝圆环(3)和多个分段结构，所述开缝圆环(3)的周侧设置有一条全开缝，多个所述分段结构在开缝圆环(3)的内表面分段设置，相邻两个分段结构之间存在间距，多个所述分段结构关于全开缝和开缝圆环(3)的中心轴线所在的平面对称；

2.如权利要求1所述的分段式压电驱动源开缝圆环换能器，其特征在于，所述压电陶瓷堆包括多片压电陶瓷条(1)和多片电极片(4)，任一所述压电陶瓷条(1)的两侧电极均粘接有电极片(4)。

3.如权利要求2所述的分段式压电驱动源开缝圆环换能器，其特征在于，所述压电陶瓷条(1)沿切向极化，相邻的两片压电陶瓷条(1)的极化方向相反。

4.如权利要求2所述的分段式压电驱动源开缝圆环换能器，其特征在于，所述压电陶瓷条(1)与电极片(4)镶拼排列成圆弧形。

5.如权利要求1所述的分段式压电驱动源开缝圆环换能器，其特征在于，所述绝缘层(2)的中心线与压电陶瓷堆的中心线重合。

6.如权利要求1所述的分段式压电驱动源开缝圆环换能器，其特征在于，所述压电陶瓷堆与绝缘层(2)过盈配合，所述绝缘层(2)的长度大于压电陶瓷堆的长度。

7.如权利要求1所述的分段式压电驱动源开缝圆环换能器，其特征在于，所述绝缘层(2)与开缝圆环(3)粘接，所述压电陶瓷堆与绝缘层(2)粘接。

8.如权利要求2所述的分段式压电驱动源开缝圆环换能器，其特征在于，所述压电陶瓷条(1)的横截面包括梯形，所述开缝圆环(3)的开缝大小对应圆心角的角度与梯形的两条腰所在直线形成夹角的角度相同。

9.如权利要求1所述的分段式压电驱动源开缝圆环换能器，其特征在于，所述开缝圆环(3)包括金属开缝圆环。

10.一种分段式压电驱动源开缝圆环换能器的拼装方法，其特征在于，用于拼装权利要求1-9任一项所述的分段式压电驱动源开缝圆环换能器，具体包括以下步骤：

技术总结
本发明提供了一种分段式压电驱动源开缝圆环换能器，包括开缝圆环和多个分段结构，所述开缝圆环设置有一纵向全开缝，多个所述分段结构在开缝圆环的内表面分段设置，相邻两个分段结构之间存在间距，多个所述分段结构关于开缝中心到开缝圆环的圆心所在的直线对称；所述分段结构包括压电陶瓷堆和绝缘层，所述绝缘层设置在开缝圆环的内表面，所述压电陶瓷堆设置在绝缘层的内表面。通过在开缝圆环的内表面设置多个分段压电陶瓷堆，在没有改变开缝圆环换能器体积的情况下，降低了开缝圆环换能器的工作谐振频率，同时还减少了开缝圆环换能器总重量。

技术研发人员：汤炼之,王艳,张睿,赵慧
受保护的技术使用者：上海船舶电子设备研究所（中国船舶集团有限公司第七二六研究所）
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1