[发明专利]一种弯张结构驱动的低频圆环换能器

说明书

本发明提供一种弯张结构驱动的低频圆环换能器，包括由交替布置的弯张驱动结构和连接体构成的多边形或圆环形振动结构，所述弯张驱动结构包括壳体，壳体内设置有阵子装配体，阵子装配体由上至下依次包括上过渡块、驱动元件、下过渡块和调节块，连接体设置在相邻两个壳体之间且每个连接体的外侧设置有辐射面。本发明具有低频、高效率、小尺寸、重量轻等优点。

技术领域

本发明涉及一种水声换能器，尤其涉及一种弯张结构驱动的低频圆环换能器。

背景技术

声波是人类迄今为止已知的唯一能在海水中远距离传输的能量载体。声学方法是探索海洋、开发海洋、进行水中对抗的主要手段。水下目标探测、定位、识别、导航、通信，海上油气资源勘探、海底地质地貌成像、海域水文条件研究与测量，声波及声波发生器即水声换能器都扮演着举足轻重的角色。

换能器的低频化、大功率、宽带、小型化是换能器领域的几个重要发展方向，这也是水声行业的需求所致，低频换能器对远距离探测的优势众所周知，但低频大功率发射与小型化本就是一个矛盾的指标，低频大功率发射往往需要较大的体积和重量，要获得体积和重量上的减小一般要舍弃大功率的优势，到目前为止，这一问题在水声换能器领域仍没有得到很好地解决。

为了满足不同的行业需求，低频换能器正在向两个方向发展：一个方向是低频大功率方向，最大可能的提高声传播距离；一个方向为低频、轻型、高效、便携式方向：在更多的应用场合，低频声源的应用受到了布放平台、能源和工作环境的限制，比如声纳浮标、航空吊放声纳、干扰器、声诱饵等。

低频、轻型、高效、便携式方向主要有以下几种实现方式：

一是使用电动(磁)式这种非谐振式换能器，实现超低频宽带发射。但是这种换能器辐射的声功率小，电声转换效率低，大功率发射时对结构设计和驱动器要求很高，且非线性效应明显。

二是采用新型换能材料取代传统的压电陶瓷材料。目前崭露头角的新型换能材料有稀土超磁致伸缩材料如铽镝铁磁致伸缩合金(Terfenol-D)及铁镓合金(Gafenol)、驰豫铁电单晶材料如铌镁酸铅钛酸铅(PMN-PT)及铌锌酸铅钛酸铅(PZN-PT)等，这些材料具有更大的柔顺性、更大的应变能力和高机电耦合系数，很适合制作低频大功率水声换能器。

三是采用具有较低谐振频率的弯曲或者弯张结构，弯张换能器是水声领域常用的一种低频声源，按结构可分为七种类型，其中又以Ⅳ型最为常见。这七种弯张换能器具有一些共同的特点：

弯张换能器都是利用驱动元件驱动出弯张壳体的弯曲振动，谐振频率较低；其几何尺寸通常小于水中波长，所以弯张换能器一般是无指向性的；弯张换能器的壳体都具有振幅放大作用，所以可以实现大功率发射；弯张结构壳体与驱动元件之间通过预应力连接，凸形壳体的预应力随水深增加而减小，凹形壳体的预应力随水深增加而增加，所以一般凹形壳体的极限工作深度更大；凹形壳体辐射面上振动同相，凸形壳体辐射面上振动反相，但是反相辐射面积较小，所以具有凸形壳体的弯张换能器仍能进行大功率辐射。

发明内容

本发明的目的是为了改变弯张换能器的应用理念而提供一种弯张结构驱动的低频圆环换能器，具有低频、高效、小尺寸、重量轻、无指向性等特点。

本发明的目的是这样实现的：包括由交替布置的弯张驱动结构和连接体构成的多边形或圆环形振动结构，所述弯张驱动结构包括壳体，壳体内设置有阵子装配体，阵子装配体由上至下依次包括上过渡块、驱动元件、下过渡块和调节块，连接体设置在相邻两个壳体之间且每个连接体的外侧设置有辐射面。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述壳体是截面为椭圆形或菱形的凸壳或凹壳。