多板壳弯张换能器的制作方法

1.本发明涉及水声探测、海洋工程以及扬声器技术领域，具体地，涉及多板壳弯张换能器。


背景技术：

2.在水声探测中,为了增大探测距离，一般选用低频大功率发射换能器作为主动探测声发射器。弯张换能器利用板壳弯曲振动产生低频声波，具有小尺寸大功率发射的优点，该优点非常适合水下声波远距离探测。对于低频发射换能器，通常希望其工作带宽足够的宽裕且尺寸重量较小并具有全空间相对均匀的声场分布。然而传统弯张换能器尺寸虽小但工作带宽却不够宽。另外，对于常规弯张换能器当工作频率达到一个倍频程后，声辐射能量在空间的分布往往具有明显的指向性。此外，对于低频小尺寸水声换能器还存在工作性能随着水下工作深度敏感变化的共性问题。以上问题限制了低频小尺寸声源的应用范围和适用环境，鉴于此，本发明提出了一种基于多板壳声辐射的新型弯张换能器，此新型弯张换能器可以显著改善小尺寸声源中面临的这些问题，同时由于其自身的特点它还可以作为空气中一种良好的扬声器使用。
3.经现有技术专利文献检索发现，中国发明专利公开号为cn103646643b，公开了一种采用pvdf压电薄膜的弯张换能器，属于水声探测技术领域，具有低频、宽带、高接收灵敏度、大功率声辐射和水平全向指向性的特点。包括压电陶瓷晶片堆和pvdf薄膜，所述pvdf薄膜包围所述压电陶瓷晶片堆，所述pvdf薄膜与所述压电陶瓷晶片堆之间设有连接件，进一步还包括使所述pvdf薄膜产生预应力的装置。本发明采用pvdf薄膜代替传统弯张换能器的金属外壳，采用pvdf薄膜以及压电晶堆作为敏感元件，pvdf薄膜振动采用简支边界条件下薄膜的弯曲振动模态，压电晶堆振动采用纵振动模态，通过模态耦合可获得较高的带宽，实现宽带发射声波。而本发明提供了多板壳弯张换能器，解决工作带宽不够宽、限制了应用范围和适用环境等问题。因此，该文献与本发明所介绍的方法是属于不同的发明构思。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种多板壳弯张换能器。
5.根据本发明提供的一种多板壳弯张换能器，包括声辐射壳体和功能材料驱动体，功能材料驱动体连接于声辐射壳体内腔中；
6.声辐射壳体包括一级声辐射板、二级声辐射板、声辐射壳体上端盖以及声辐射壳体下端盖，一级声辐射板和二级声辐射板分别位于声辐射壳体上端盖与声辐射壳体下端盖之间，一级声辐射板和二级声辐射板交替排列；
7.当功能材料驱动体工作时推动声辐射壳体上端盖和声辐射壳体下端盖进行振动，从而带动一级声辐射板和二级声辐射板弯曲形变进而产生低频声波。
8.一些实施例中，一级声辐射板连接于声辐射壳体上端盖和声辐射壳体下端盖的外侧，二级声辐射板连接于声辐射壳体上端盖和声辐射壳体下端盖的内侧；
9.或者，二级声辐射板连接于声辐射壳体上端盖和声辐射壳体下端盖的外侧，一级声辐射板连接于声辐射壳体上端盖和声辐射壳体下端盖的内侧；
10.驱使一级声辐射板和二级声辐射板内外交错排列。
11.一些实施例中，一级声辐射板和二级声辐射板交替交错呈圆环状或多边形状排列在声辐射壳体上端盖与声辐射壳体下端盖之间。
12.一些实施例中，功能材料驱动体包括功能材料驱动体上盖板、功能材料驱动体下盖板以及功能材料驱动棒，功能材料驱动体上盖板和功能材料驱动体下盖板分别连接于功能材料驱动棒上下两侧。
13.一些实施例中，功能材料驱动体上盖板外延带有螺牙，螺牙与声辐射壳体上端盖的螺纹孔相匹配；
14.功能材料驱动体上盖板通过螺纹孔拧入声辐射壳体上端盖中。
15.一些实施例中，功能材料驱动体上盖板开有均匀分布的信号线穿线孔，信号线穿线孔的数量大于等于2。
16.一些实施例中，信号线穿线孔的直径为1mm。
17.一些实施例中，功能材料驱动体下盖板呈锥台状，功能材料驱动体下盖板的圆锥台与声辐射壳体下端盖的通孔相匹配；
18.将功能材料驱动体下盖板涂胶后固定于声辐射壳体下端盖的通孔中。
19.一些实施例中，声辐射壳体下端盖的通孔直径比功能材料驱动体下盖板的直径大0.1mm。
20.一些实施例中，一级声辐射板和二级声辐射板的弯曲半径、壁厚、宽度以及材质相同或不相同。
21.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
22.本发明通过交错排列的一级声辐射板和二级声辐射板，能够增加弯张换能器的低频谐振峰数量，进而增加工作带宽使得工作频带内低频发射能力整体增强；声辐射壳体和功能材料驱动体的连接使弯张换能器的工作深度范围增大，减小低频宽带换能器的体积以及重量，从而降低低频宽带换能器的制作成本。
附图说明
23.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
24.图1为本发明中多板壳弯张换能器结构示意图；
25.图2是本发明中多板壳弯张换能器壳体纵向剖面图；
26.图3是本发明中多板壳弯张换能器壳体径向剖面图；
27.图4是本发明中多板壳弯张换能器与传统弯张换能器发射电压响应对比；
28.图5是本发明中多板壳弯张换能器550hz轴向辐射方向性图；
29.图6是本发明中多板壳弯张换能器1450hz轴向辐射方向性图。
30.图中标号：
31.声辐射壳体100、一级声辐射板1、二级声辐射板2、声辐射壳体上端盖3、声辐射壳体下端盖4、功能材料驱动体200、功能材料驱动体上盖板21、功能材料驱动体下盖板22、功
能材料驱动棒23。
具体实施方式
32.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
33.实施例
34.根据本发明提供的一种多板壳弯张换能器，如图1-3所示，包括声辐射壳体100和功能材料驱动体200，功能材料驱动体200连接于声辐射壳体100内腔中；
35.声辐射壳体100包括一级声辐射板1、二级声辐射板2、声辐射壳体上端盖3以及声辐射壳体下端盖4，一级声辐射板1和二级声辐射板2交替交错呈圆环状或多边形状排列在声辐射壳体上端盖3与声辐射壳体下端盖4之间。一级声辐射板1连接于声辐射壳体上端盖3和声辐射壳体下端盖4的外侧，二级声辐射板2连接于声辐射壳体上端盖3和声辐射壳体下端盖4的内侧；驱使一级声辐射板1和二级声辐射板2内外交错排列。
36.功能材料驱动体200包括功能材料驱动体上盖板21、功能材料驱动体下盖板22以及功能材料驱动棒23，功能材料驱动体上盖板21和功能材料驱动体下盖板22分别连接于功能材料驱动棒23上下两侧。功能材料驱动体上盖板21外延带有螺牙，螺牙与声辐射壳体上端盖3的螺纹孔相匹配。功能材料驱动体上盖板21开有2个均匀分布的信号线穿线孔，信号线穿线孔的直径为1mm。功能材料驱动体下盖板22呈锥台状，功能材料驱动体下盖板22的圆锥台与声辐射壳体下端盖4的通孔相匹配；声辐射壳体下端盖4的通孔直径比功能材料驱动体下盖板22的直径大0.1mm。将功能材料驱动体下盖板22涂618环氧胶后固定于声辐射壳体下端盖4的通孔中，然后，将功能材料驱动体上盖板21通过螺纹孔拧入声辐射壳体上端盖3中。
37.工作原理：当功能材料驱动棒23通电工作时，功能材料驱动体上盖板21、功能材料驱动体下盖板22分别推动声辐射壳体上端盖3和声辐射壳体下端盖4进行振动，从而带动一级声辐射板1和二级声辐射板2弯曲形变进而产生低频声波。
38.更为具体的，功能材料驱动棒23选用p8或p4压电功能材料制作。一级声辐射板1采用8块弯曲半径为600mm、壁厚为3mm的ly12铝材；二级声辐射板2采用8块弯曲半径为300mm、壁厚为5mm的60si2mn钢材。从而使多板壳弯张换能器直径100mm，高度280mm，重量4kg。如图4-6所示，设定本发明为新型弯张换能器，从550hz-1450hz区间，省辐射方向覆盖范围广，其中发射电压响应曲线高于经典弯张换能器。本发明能够拓宽弯张换能器工作频带，增加弯张换能器的低频发射能力，同时减小低频宽带换能器的尺寸及重量并增大弯张换能器的水下工作深度，使得低频宽带换能器的制作成本大大降低。
39.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
40.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述
特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。