[发明专利]一种小尺寸大振幅螺旋弹簧低频换能器

说明书

本发明公开了一种小尺寸大振幅螺旋弹簧低频换能器，包括带螺旋槽圆柱管、后盖板、两端带螺帽的预应力螺杆和压电陶瓷环，依次设置的带螺旋槽圆柱管，压电陶瓷圆环及后盖板，三者通过一根预应力螺杆连接，换能器在外加电压信号的激励下，引起换能器做纵向振动并向外辐射声波的能量，换能器由多组相同尺寸的压电陶瓷环沿轴向排列组成形成激励，带动带螺旋槽的圆柱管的振动，实现换能器表面振幅的增大，通过调整带螺旋槽圆柱管上的的槽宽，槽的条数及铝管的内外径，控制整体的特征频率以及本体表面的位移振幅，实现了换能器的低频小尺寸大位移。

技术领域

本发明涉及的是一种换能装置，具体涉及一种小尺寸大振幅螺旋弹簧低频换能器。

背景技术

随着换能器在20世纪后的应用与发展，研究者们通过改变换能器的材质和形状，及其模态，制造出满足需要的换能器。由于材质及方法的不断增多，换能器开始朝低频，小尺寸发展。

现今，实现低频多采用三种方法：1、利用低频模态，2、利用液腔谐振，例如helmholtz换能器，3、采用电动式，如哈尔滨工程大学所研究的甚低频电动式声源，等等。虽然这三种所研究的换能器能达到低频的要求，但是他们不足之处就是尺寸太大，在有些情况下使用不便。

为实现增大换能器表面振幅的目的，通常采用：1.在换能器前表面加上变幅杆；2.增大输入功率。但前者增大了换能器整体的尺寸，后者则将整个换能器的输入功率增大，未得到改善。因此，目前小体积大振幅低频换能器正是大家所研究的重点。

发明内容

为克服现有工具存在的问题，本发明目的在于提供一种小尺寸大振幅螺旋弹簧低频换能器，使用带有螺旋槽的圆柱管，达到低频并且体积小，能增大振幅，达到低频小尺寸大振幅的目的。

为了达到上述目的，本发明采用以下方案：

一种小尺寸大振幅螺旋弹簧低频换能器，包括带螺旋槽圆柱管、后盖板、两端带螺帽的预应力螺杆和压电陶瓷环；

带螺旋槽圆柱管、多个压电陶瓷环和后盖板由贯穿带螺旋槽圆柱管、多个压电陶瓷环和后盖板的带底部螺帽的预应力螺杆并压紧固定，多个压电陶瓷圆环极化方向相同，均为轴向极化，多个压电陶瓷圆环一侧连接正极引线，另一侧连接负极引线，带螺旋槽圆柱管表面开设多条等间距沿圆周排列的螺旋槽。

进一步，各螺旋槽圈数均为1圈。

进一步，包括四个压电陶瓷圆环，带螺旋槽圆柱管表面开设3条螺旋槽，后盖板厚度为2mm。

进一步，带螺旋槽圆柱管表面开设3条螺旋槽，后盖板厚度为8mm。

进一步，带螺旋槽的圆柱管采用铝制成。

进一步，后盖板采用钢制成。

进一步，压电陶瓷圆环采用PZT-4压电陶瓷制成。

本发明的小尺寸大振幅螺旋弹簧低频换能器，包括带螺旋槽圆柱管、后盖板、两端带螺帽的预应力螺杆和压电陶瓷环，依次设置的带螺旋槽圆柱管，压电陶瓷圆环及后盖板，三者通过一根预应力螺杆连接，换能器在外加电压信号的激励下，引起换能器做纵向振动并向外辐射声波的能量，换能器由多组相同尺寸的压电陶瓷环沿轴向排列组成形成激励，带动带螺旋槽的圆柱管的振动，实现换能器表面振幅的增大，通过调整带螺旋槽圆柱管上的槽宽，槽的条数及铝管的内外径，控制整体的特征频率以及本体表面的位移振幅，实现了换能器的低频小尺寸大位移。

本发明使用带有螺旋槽的圆柱管，是在传统圆柱管的表面开设多条等间距圆周排列的螺旋槽，根据计算得出具体的比例及大小，根据公式得出的高度及内外半径建立一个传统的圆柱管前盖板，再通过得出的螺距及槽的宽度刻槽，通过圆周排列得出所需的槽数及排列间距。刻槽后，圆柱管剩下的部分可等效于两端的质量块夹着几根并联矩形截面弹簧，在传统的圆柱管前盖板的基础上刻槽，尺寸在减小的同时，振幅在变大，频率也在降低。