[发明专利]双向多级并联弯曲圆盘换能器

说明书

本发明涉及换能器技术领域，提供一种双向多级并联弯曲圆盘换能器，包括相对设置的第一辐射盖板和第二辐射盖板，其中，第一辐射盖板上设有第一辐射端，所述第一辐射端的内侧设有第一伸缩柱；第二辐射盖板上设有与第一辐射端辐射方向相反的第二辐射端，所述第二辐射端的内侧设有第二伸缩柱；所述第一伸缩柱和第二伸缩柱上均沿轴向串联有多组金属弯曲圆盘，所述压电陶瓷片设置在金属弯曲圆盘上，相邻金属弯曲圆盘的外缘之间进行轴向连接。该换能器的金属弯曲圆盘采用多级并联压电弯曲圆盘的驱动方式，与现有技术中的换能器相比，在同等频率条件下，该换能器具有更高的功率容量和更高的耐压强度。

技术领域

本发明涉及换能器技术领域，特别是涉及一种双向多级并联弯曲圆盘换能器。

背景技术

随着水声系统和装备逐年技术的突破，水声系统的运用场景和重要性逐步提升。新的水下力量的较量要求水声系统着重解决远距离通讯、低噪声目标识别、低回波特性目标探测等问题。低频水声系统是水下力量发展的重要方向。

作为低频水声系统的关键技术，低频换能器技术有两个重要的发展方向：

一个是低频大功率宽带运用，其目标是最大可能地实现向水中辐射低频声能，为了提升声源级，这类换能器基阵通常体积规模庞大，主要应用于舰载和岸基的各种类型的大型主动探测声纳，越低的频率和越大的声功率就能获取越强的水下远程探测能力，美国海军“无瑕”号水声测量船装载的 LFA 大规模低频声源阵列重达十数吨，能实现主动探测 130公里以外的敷瓦潜艇。

另一个重要发展方向是轻型、宽带、高效、低频的发展方向。在各种水声与水声对抗设备及系统中，大部分的低频声源在安装过程中或多或少地受到来自平台空间、载荷、能源等方面的条件限制，比如航空吊放声纳、主动浮标声纳、鱼雷报警声纳主动拖线阵、水声应答器、水声通信、水声目标模拟器、声诱饵、水声干扰器材等等，这些水声设备和系统是当前水声领域的热点、应用更为广泛，它们对体积小、重量轻的低频、宽带、高效大功率声源的需求十分迫切。

如图5所示，为现有技术中的换能器的结构，其中，图a为对称双叠片弯曲圆盘换能器，对具有对称结构的空气背衬双叠片弯曲圆盘换能器进行了研究，该类型换能器具有小尺寸、低频率、高效率等特点，且适合工程化，但其具有抗压能力低的缺点，不能应用于深水领域；图b为带有溢流腔的耐压型弯曲圆盘换能器，该换能器通过溢流口处引入海水，实现内外压力平衡，大大的提高换能器的耐压能力，然而由于内部空气腔体被海水取代，换能器的负载降低了。现有技术中一般采用减小圆盘换能器的直径来获取较高的强度，由于换能器直径减小，导致降低了换能器的低频性能降低，因此，需要设计一种新型结构的换能器，既能获得较低的频率又能保证换能器的耐压强度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中低频换能器不能兼顾频率和强度效果的不足，本发明提供一种双向多级并联弯曲圆盘换能器，兼具小型化，轻量化，大功率，抗压能力高的特性。

本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种双向多级并联弯曲圆盘换能器，包括相对设置的第一辐射盖板和第二辐射盖板，且内部均设有容纳压电陶瓷片的腔体，其中，第一辐射盖板上设有第一辐射端，所述第一辐射端的内侧设有第一伸缩柱，第一伸缩柱位于第一辐射盖板的腔体内；第二辐射盖板上设有与第一辐射端辐射方向相反的第二辐射端，所述第二辐射端的内侧设有第二伸缩柱，第二伸缩柱位于第二辐射盖板的腔体内；所述第一伸缩柱和第二伸缩柱上均沿轴向串联有多组金属弯曲圆盘，所述压电陶瓷片设置在金属弯曲圆盘上，相邻金属弯曲圆盘的外缘之间进行轴向连接。将金属弯曲圆盘的外缘依次轴向连接起来，在不改变换能器频率的情况下，增大了其耐压强度，能够同时满足低频大功率和耐压的要求。设置两个辐射方向相反的辐射端，可以满足双向辐射的需要。在节平面处为振动幅度的零点位置，第一辐射端和第二辐射端沿节平面对称，且振动方向相反；在节平面的节点处的轴向变形量为零，可以与壳体进行固定，以保证壳体和折回结构体之间的相对稳固，且不影响对称的能量输出。