[发明专利]矩形通孔前盖板宽频带纵振换能器

说明书

本发明属于换能器技术领域，涉及一种矩形通孔前盖板宽频带纵振换能器包括通过螺栓依次同轴连接的后盖板、压电陶瓷堆和前盖板；前盖板上沿着前盖板的径向方向开设矩形通孔；矩形通孔的径向距离即为长度a，矩形通孔轴向距离即为宽度b；所述22mm≤a≤30mm；所述4mm≤a≤12mm；矩形通孔与前盖板远离压电陶瓷堆的端面之间的距离t为6mm≤t≤16mm。本发明在前盖板上开设矩形通孔可以激励出的多个振动模态，从而有效拓展工作带宽。

技术领域

本发明属于换能器技术领域，涉及一种矩形通孔前盖板宽频带纵振换能器。

背景技术

纵振换能器在军用、民用等各个领域，都有着广泛的应用，例如军事领域的声自导鱼雷，民用领域的超声波洁牙机、超声焊接机、超声清洗机等。

对纵振换能器，拓宽其工作频带的通常有利用纵振引起其辐射头弯曲振动并与其纵振动相互耦合的方法、在换能器中经过设计再增加一组激励元件变为双激励的方法、在辐射头前端增加匹配层以实现多模耦合的方法等等，但这些方法都会使换能器体积变大且结构复杂。本发明则是在不改变换能器结构的情况下，在距其辐射头输出端一定距离处开一矩形通孔，合理设计，可使得纵振与通孔引起的弯振进行有效耦合而达到展宽换能器工作频带的目的，且换能器前端辐射面处依然保持完好平整。

传统的纵振换能器一般是实心轴向结构(参见图1)，但是纵振换能器存在工作带宽较窄的问题。

发明内容

针对实心纵振换能器存在的带宽较窄问题，本发明提供了一种矩形通孔前盖板宽频带纵振换能器，通过矩形通孔可以激励出的多个振动模态，从而有效拓展工作带宽。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种矩形通孔前盖板宽频带纵振换能器包括从上自下依次通过螺栓同轴连接的后盖板、压电陶瓷堆和前盖板；所述前盖板上沿着前盖板的径向方向开设矩形通孔。

进一步的，所述矩形通孔的径向距离即为长度a，所述矩形通孔轴向距离即为宽度b；所述22mm≤a≤30mm；所述4mm≤a≤12mm；所述矩形通孔下边缘线与前盖板下端面之间的距离t为6mm≤t≤16mm。

进一步的，所述长度a为26mm，宽度b为8mm，距离t为10mm。

进一步的，所述前盖板整体呈圆台结构；所述压电陶瓷堆与前盖板的小端面相连；所述前盖板的大端面为前盖板下端面。

进一步的，所述前盖板的小端面半径为20mm，所述前盖板的大端面半径为33mm；所述前盖板的高度为50mm；所述前盖板的材质为铝。

进一步的，所述后盖板的半径为20mm，所述后盖板的高度为33.6mm；所述后盖板的材质为不锈钢。

进一步的，所述压电陶瓷堆是由两个压电陶瓷片依次同轴堆叠而成的；所述压电陶瓷堆的总高度为10mm。

进一步的，所述压电陶瓷片为环形结构，所述压电陶瓷片的内半径为9mm、外半径为19mm。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过在实心纵振换能器前盖板的径向方向上开设矩形通孔，可以激励出更多有效工作模态。

2、本发明矩形通孔的长度a、宽度b和离输出端面的距离t，经过BOBYQA算法优化后，可以得到较平坦的发射电压响应曲线，从而可以选为工作带宽。

3、本发明提出的矩形通孔换能器在消声水池中进行测试，发射电压响应的-3dB带宽为10.50kHz；而相同尺寸下谐振频率为21.50kHz的实心纵振换能器的-3dB带宽仅为3kHz，两者相比，矩形通孔换能器带宽是现有实心纵振换能器带宽的7倍，明显拓展了工作带宽。

附图说明

图1为现有实心纵振换能器结构示意图；