[发明专利]一种加筋式的凹筒型弯张换能器结构及方法

说明书

本发明一种加筋式的凹筒型弯张换能器结构及方法，属于水声技术领域；包括上质量块、下质量块、预应力螺栓、压电陶瓷、电极片和壳体；所述上质量块和下质量块通过预应力螺栓同轴连接，凹筒型壳体设置于外围；壳体由多个沿周向设置的弯曲梁构成，相邻弯曲梁之间设置有间隙；弯曲梁的两端分别固定于上质量块与下质量块的外周面；弯曲梁的外弧面上固定有型面一致的条形筋板，所述筋板宽度在3.5‑14mm范围内，厚度在3‑6mm范围内。本发明通过添加不同宽度和厚度的筋板，任意调控换能器的谐振频率范围，减少了弯曲梁制作的成本和时间，通过给多个换能器添加不同的筋板结构，就能获得不同频率范围的换能器。对客体进行了开缝处理，使其容易产生径向弯曲振动。

技术领域

本发明属于水声技术领域，具体涉及一种加筋式的凹筒型弯张换能器结构及方法。

背景技术

声波是迄今为止人类所掌握的唯一能在海洋中远距离传递信息与传播能量的载体，水声技术如声呐也因此成为水下通讯导航、水下目标探测与识别等领域的重要手段。

水声换能器是声呐探测设备的核心部件，水声换能器能在水域中将输入的电信号转化为声信号并以声波的形式发射出去探测目标，同时还能将从被探测物反射回来的声信号转化为电信号，经过计算机的处理后，就能完成对目标物的检测、定位、跟踪和识别等功能，可以说水声换能器的诞生标志着水声技术发展的开始，水声换能器一次次的技术进步是水声技术长足发展的重要前提和基础。

目前很多领域包括医疗、交通、工业等已经使用到了水声换能器，不同的应用领域对水声换能器有着不一样的的指标要求，比如主动声呐远程探测及海底资源勘查中要求发射换能器具有低频、大功率的发射特性；噪声模拟器、声呐校准系统中要求发射换能器具有超低频、超宽带发射特性，总的来说当前水声换能器的发展和研究朝着低频、大功率方向发展，具备这些特性的弯张换能器所以成为研究的重点。

这其中I类凹筒型弯张换能器具有着小尺寸、低频大功率的优点，因此被广泛应用在水下通讯、海洋探测上面。传统的凹筒型弯张换能器主要由两端的质量块(外径相同)、弯曲壳体、驱动材料、电极片、螺栓构成，螺栓连接两个质量块的中心，驱动材料(一般是环状压电陶瓷)和电极片堆叠在螺栓上，电极片在两个压电陶瓷中间，传统的凹筒型弯张换能器的壳体是整块的实体(没有狭缝)，通过螺钉固定在上下端的质量块上。根据文献(《凹筒弯张换能器研究》李志)证明，该类型换能器的谐振频率主要由弯曲壳体的材料和结构参数决定，壳体的变动对换能器的谐振频率影响很大，其他结构的影响较小，当壳体已经确定时，换能器的谐振频率就很难有大幅度的变动，再加上其他的结构需要适配壳体，参数也没办法随意改动，考虑到现实的换能器应用在其他频率范围的需求，再次设计和制作一个新的换能器无疑是很消耗时间和成本的，这时候如果能在原有换能器的基础上进行改动来使得谐振频率改变就很方便快捷了。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种加筋式的凹筒型弯张换能器结构，通过在换能器的弯曲梁上增加筋板，能够任意调控换能器的谐振频率范围。

本发明的技术方案是：一种加筋式的凹筒型弯张换能器结构，包括上质量块、下质量块、预应力螺栓、压电陶瓷、电极片和壳体；所述上质量块和下质量块通过预应力螺栓同轴连接，多个压电陶瓷和电极片同轴套装于预应力螺栓上，且每个电极片位于相邻两个压电陶瓷之间；所述壳体为凹筒型，设置于外围；其特征在于：所述壳体由多个弯曲梁构成，多个弯曲梁沿周向均布，相邻弯曲梁之间设置有间隙；所述弯曲梁的两端分别固定于上质量块与下质量块的外周面；

所述弯曲梁的外弧面上固定有型面一致的条形筋板，所述筋板宽度在3.5-14mm范围内，厚度在3-6mm范围内。

本发明的进一步技术方案是：所述筋板的宽度是其所在弯曲梁宽度的30％以内。

本发明的进一步技术方案是：所述相邻弯曲梁之间的间隙为1mm时，能够达到较低谐振频率1900Hz；同时能够减小壳体径向刚度，使其更容易弯曲。