溢流式彎張換能器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種具備深水工作能力的低頻大功率發射換能器，特別是一種溢流式 彎張換能器。
【背景技術】
[0002] 為了有效地實施遠程探測，聲納系統使用的低頻發射換能器的工作頻帶已經降低 到IOOHz~1kHz。在這個頻帶范圍內，水聲換能器一般帶寬較窄、輻射阻較小，很難實現大 功率、寬帶發射。大多低頻換能器都采用增大線性尺寸來獲得低頻性能，所以低頻發射換能 器的體積、重量都很大，制作成本較高，同時給換能器組陣帶來不便。
[0003] 在低頻領域，彎張換能器是低頻發射換能器中較重要的一類換能器，利用晶堆的 縱向振動帶動殼條產生彎曲振動，同時具備縱振換能器和彎曲換能器的優點。彎張換能器 利用殼條的彎曲模態實現較低的頻率，能夠在相對較小的體積下實現大功率發射，獲得了 更大的重視。但彎張換能器的深水性能較差，隨工作深度的增加，諧振頻率會變高。以700Hz 彎張換能器為例，深度100米時，其頻率會上升至1000Hz左右，偏離預定工作頻段，導致無 法使用。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種溢流式彎張換能器，采用溢流結構形式的實現，使得溢 流式彎張換能器具備深水工作的能力，換能器的性能不隨水下工作深度的變換而變化。換 能器采用殼條彎曲振動模態，實現低頻工作。換能器腔體內采用耐壓材料進行填充，提高了 換能器的電聲效率，實現大功率發射性能。
[0005] 本發明采取的技術方案為：溢流式彎張換能器，包括上端蓋、下端蓋、第一弧形半 殼、第二弧形半殼，第一弧形半殼兩端分別與上端蓋一端、下端蓋一端固定安裝，第二弧形 半殼兩端分別與上端蓋另一端、下端蓋另一端固定安裝；所述上端蓋、下端蓋、第一弧形半 殼、第二弧形半殼構成一個弧形諧振腔；所述弧形諧振腔內設有耐壓材料，耐壓材料內設有 晶堆，應力桿穿過晶堆，應力桿兩端分別連接上端蓋、下端蓋；所述弧形諧振腔開設有用于 溢流水的間隙。
[0006] 所述第一弧形半殼、第二弧形半殼分別由：多個弧形殼條單元構成，多個弧形殼條 單元之間設有間隙。
[0007] 所述晶堆為水密處理后的晶堆。
[0008] 所述上端蓋、下端蓋采用耐海水不銹鋼材料制作。
[0009] 所述弧形殼條單元采用耐海水不銹鋼材料制作。
[0010] 所述耐壓材料采用硬質泡沫塑料。
[0011] 本發明一種溢流式彎張換能器，有益效果如下：
[0012] 1、端蓋、弧形殼條單元采用耐海水不銹鋼，水可以從殼條間隙進入換能器內部，形 成溢流形式。溢流結構形式使換能器具備了深水工作能力。采用硬質泡沫塑料作為耐壓順 性材料，使換能器在溢流狀態下有較高的電聲性能。
[0013] 2、溢流式結構的彎張換能器受周圍壓力影響較小，可以實現深水工作。同時弧形 諧振腔能構成一個最基本的聲振動系統。先由電激勵有源材料，使其輻射聲波，聲波經由諧 振腔輻射到遠場，由于諧振頻腔率通常遠低于激勵源本身的諧振頻率，因此在這一過程中 諧振腔對低頻段的聲信號進行放大，進一步實現換能器的低頻特性。
[0014] 3、溢流結構形式的實現，使得溢流式彎張換能器具備深水工作的能力，換能器的 性能不隨水下工作深度的變換而變化。換能器采用弧形殼條單元振動模態，實現低頻工作。 換能器腔體內采用硬質泡沫塑料進行填充，提高了換能器的電聲效率，實現大功率發射性 能。
【附圖說明】
[0015] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明：
[0016] 圖1是本發明一種溢流式彎張換能器結構示意圖。
[0017] 圖2是彎張換能器等效電路圖。
[0018] 圖3是IV型彎張換能器等效電路。
[0019] 圖4是I型彎張換能器等效電路。
[0020] 圖5是本發明弧形殼條單元振動的邊界條件示意圖。
[0021] 圖6為Helmholtz諧振腔示意圖。
[0022] 圖7為Helmholtz諧振腔等效電路圖。
[0023] 圖8為液腔式彎張換能器等效電路圖。
【具體實施方式】
[0024] 如圖1所示，溢流式彎張換能器，包括上端蓋1、下端蓋2、第一弧形半殼3、第二弧 形半殼4,第一弧形半殼3兩端分別與上端蓋1 一端、下端蓋2 -端固定安裝，第二弧形半殼 4兩端分別與上端蓋1另一端、下端蓋2另一端固定安裝。所述上端蓋1、下端蓋2、第一弧 形半殼3、第二弧形半殼4構成一個弧形諧振腔。所述弧形諧振腔內設有耐壓材料5,耐壓 材料5內設有晶堆6,應力桿8穿過晶堆6,應力桿8兩端分別連接上端蓋1、下端蓋2。所 述弧形諧振腔開設有用于溢流水的間隙。上端蓋1固定連接電纜頭7。
[0025] 所述第一弧形半殼3、第二弧形半殼4分別由：多個弧形殼條單元構成，多個弧形 殼條單元之間設有間隙。水可以從間隙進入溢流式彎張換能器內部，形成溢流形式。
[0026] 所述晶堆6為水密處理后的晶堆。所述上端蓋1、下端蓋2采用耐海水不銹鋼材 料制作。所述弧形殼條單元采用耐海水不銹鋼材料制作。所述耐壓材料5采用硬質泡沫塑 料。
[0027] 如圖2所示，彎張換能器等效電路圖。彎張換能器一般由驅動元件和彎曲殼體組 成，其等效電路一般包含三部分，靜態支路、振子機械支路和殼體機械支路。驅動振子的等 效電路包含了靜態支路部分和振子機械回路，兩個部分按照壓電轉換系數N耦合在一起； 殼體的行為用一個復阻抗來描述；當振子驅動殼體振動時，將殼體支路與振子支路串聯。若 想精確地計算殼體的振動，需要將描述殼體振動的復阻抗，用殼體多階模態支路并聯來表 示。如IV型彎張換能器等效電路，考慮了三階振動模態，詳見圖3。
[0028] I )、殼條的振動分析：
[0029] I型彎張換能器的外殼由一組寬度較窄的殼條組成。近似認為殼條的寬度均勻， 振動可近似看成彎曲梁的振動。h-殼條厚度，b-寬度，r-曲率半徑，V-法向位移，W-切向 位移，T-切向應力，Q-法向拉應力；P-殼體密度。根據薄殼的半無矩理論，振動方程可表 示為
【主權項】
1. 溢流式彎張換能器，包括上端蓋（1)、下端蓋（2)、第一弧形半殼（3)、第二弧形半殼 (4)，其特征在于，第一弧形半殼（3)兩端分別與上端蓋（1) 一端、下端蓋（2) -端固定安裝， 第二弧形半殼（4)兩端分別與上端蓋（1)另一端、下端蓋（2)另一端固定安裝；所述上端蓋 (1 )、下端蓋（2)、第一弧形半殼（3)、第二弧形半殼（4)構成一個弧形諧振腔；所述弧形諧振 腔內設有耐壓材料（5)，耐壓材料（5)內設有晶堆（6)，應力桿（5)穿過晶堆（6)，應力桿（8) 兩端分別連接上端蓋（1 )、下端蓋（2 );所述弧形諧振腔開設有用于溢流水的間隙。
2. 根據權利要求1所述溢流式彎張換能器，其特征在于，第一弧形半殼（3)、第二弧形 半殼（4)分別由：多個弧形殼條單元構成，多個弧形殼條單元之間設有間隙。
3. 根據權利要求1所述溢流式彎張換能器，其特征在于，所述晶堆（6)為水密處理后的 晶堆。
4. 根據權利要求1所述溢流式彎張換能器，其特征在于，所述上端蓋（1)、下端蓋（2)采 用耐海水不鎊鋼材料制作。
5. 根據權利要求2所述溢流式彎張換能器，其特征在于，所述弧形殼條單元采用耐海 水不鎊鋼材料制作。
6. 根據權利要求1所述溢流式彎張換能器，其特征在于，所述耐壓材料（5)采用硬質泡 沫塑料。
【專利摘要】溢流式彎張換能器，包括上端蓋、下端蓋、第一弧形半殼、第二弧形半殼，第一弧形半殼兩端分別與上端蓋一端、下端蓋一端固定安裝，第二弧形半殼兩端分別與上端蓋另一端、下端蓋另一端固定安裝；所述上端蓋、下端蓋、第一弧形半殼、第二弧形半殼構成一個弧形諧振腔；所述弧形諧振腔內設有耐壓材料，耐壓材料內設有晶堆，應力桿穿過晶堆，應力桿兩端分別連接上端蓋、下端蓋；所述弧形諧振腔開設有用于溢流水的間隙。本發明一種溢流式彎張換能器，使得溢流式彎張換能器具備深水工作的能力，換能器的性能不隨水下工作深度的變換而變化。換能器腔體內采用硬質泡沫塑料進行填充，提高了換能器的電聲效率，實現大功率發射性能。
【IPC分類】G10K9-12
【公開號】CN104681020
【申請號】CN201310606958
【發明人】房晉洪, 郭林發
【申請人】中船重工海聲科技有限公司
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2013年11月26日