[发明专利]一种大功率电磁脉冲换能器

说明书

技术领域

本发明涉及换能器领域，具体地，本发明涉及一种大功率电磁脉冲换能器。

背景技术

电磁脉冲声源的原理是高压储能电容器通过电感线圈放电，使线圈上覆盖的振膜感应产生电磁场，振膜磁场与线圈磁场相互作用产生排斥力，激发周围介质形成声波。与其它声源相对比，电磁脉冲声源有以下特点：(1)这种声源所辐射的声脉冲特性，主具有极佳的宽带谱结构，而且能够根据要求很方便地改变声脉冲的峰值压力和宽要取决于声源本身的电声结构，辐射的声脉冲的波形十分规则，度；(2)安全可靠，信号可重复性好。可以作为水声物理实验、地质勘探和非线性声学的研究等领域的宽带声源。电磁脉冲声源在用于地质勘探和水声信号源时，更多的时候是希望有单一的指向性，即朝向单一方向发射声信号，美国专利3227.996和中国专利85100714都涉及到了电磁脉冲换能器，其特点为双指向性的声音源，即震动以线圈为源平面，向两侧轴向转播。这直接造成了发射能量的浪费，也有可能对回波信号产生干扰。二者在平面电感线圈的制作上也采用了相同的方式，即使用环氧绝缘的铜带绕城圆形。这种做法的缺点是：绕制的线圈存在应力回弹，需要通过热处理的办法来消除或者使用额外的固定附件来固定线圈，避免线圈松弛；同时，因为绕制的线圈很难保证各匝之间的平面度，这造成磁场能量利用不充分，另外在批量生产时也很难保证一致性。

发明内容

本发明的目的在于为了克服上述问题，提供了一种大功率电磁脉冲换能器。

为了克服上述难题，本发明提供的大功率电磁脉冲换能器包括：震动片5、电感线圈61、底座7和外壳8，其特征在于，

所述的电感线圈61采用平面金属板进行电火花线切割而成，其两端设置电极63，线圈61之间的空隙采用绝缘带62填塞；

所述的电感线圈61和震动片5同轴粘接后嵌设于外壳8形成的凹槽中，并用底座7扣合密封后，通过环氧胶灌注为一体。

所述的平面金属板的材料包括为选自铜、铝、铝合金、钛合金和镁铝合金中的一种，所述的平面金属板的平面度≤0.01。

所述的电感线圈61和震动片5之间同轴设置有绝缘垫4。

所述的震动片5的上面覆盖与外壳8匹配的圆形密封垫3，该密封垫3通过螺栓2固定于压环1和外壳8之间。

所述的电极63上套设有绝缘端子9。

所述的震动片5采用轻质高导电率的金属薄片，包括选自铝合金、钛合金和镁铝合金中的一种，所述的外壳8采用导磁材料。

所述的绝缘带62的厚度与电感线圈61的厚度一致，为6～8mm。

本发明的要点是：选取一定厚度的玻璃或陶瓷等刚性绝缘材料作为电感线圈61的底座7，选取轻质高导电率的金属薄片做为震动片5，在震动片和线圈之间是绝缘垫4。三者同轴放置其间用环氧胶粘接后，放入由导磁材料如纯铁制成的杯状外壳8中，同时用环氧胶灌封。震动片5上面覆有密封垫3，该密封垫3为圆形，大小与外壳8一致，用螺栓2固定于压环1和外壳8之间，实现绝缘密封。其中电感线圈61的要点是：选取一定厚度的金属薄板，双面磨平至所需厚度和平面度，使用电火花线切割制得电感线圈61，焊接电极63到线圈两端，根据所需绝缘强度，选取合适厚度的绝缘带62塞到线圈缝隙之间，绝缘带62的宽度与电感线圈61的厚度相同。电极63穿过绝缘端子9，保证与底座7绝缘。

这种结构换能器的原理是：当电流通过线圈61时候，产生与线圈平面垂直方向的电磁力，同时在震动片5内部产生电涡流，线圈产生的电磁力与震动片电涡流产生的电磁力相排斥，使震动片在排斥力的作用下向与线圈相反的方向运动，产生声波。线圈的电磁力随着加载的电流的增加而增加，但是受制于线圈单匝的横截面积，在加载电流不变条件下，线圈产生的电磁力与线圈的匝数成正比，与线圈的匝间距成反比，这就需要在满足加工要求的条件下，尽可能缩小匝间距，震动片受到的斥力随着震动片和线圈之间距离的增大而减小，为了得到更大的排斥力需要尽量减少二者之间的距离，同时保证二者之间的电器绝缘。通过本发明方式制作的线圈，使用较薄(0.1mm)且介电常数很大的聚酯薄膜材料绝缘带62，缩小了线圈的匝间距，采用同材质的缘垫4使线圈与震动片间的距离可以缩小到0.2毫米以下。

本发明的优点在于：本发明提供的一种电磁脉冲声源换能器，实现了单指向性的大功率脉冲发射，同时提供了一种新型的电感线圈制作方法，解决了绕制线圈的应力回弹问题，提高了线圈的平面度，可以使同样电流条件下的磁场力得到更充分的利用，批量生产的一致性也很好保证。

附图说明