[发明专利]一种稀土超磁致伸缩复合棒式换能器

说明书

技术领域

本发明属于声学传感器领域，具体地说，本发明涉及一种稀土超磁致伸缩复合棒式换能器。

背景技术

复合棒式换能器是目前水声和超声行业应用比较广泛的一种换能器形式，它通常应用在几千赫兹到几十千赫兹的频率范围。复合棒式换能器的驱动材料可分为压电材料和稀土超磁致伸缩材料(Terfenol-D)。几十年来，绝大多数的复合棒式换能器都是由压电材料制成的，压电材料的优点是具有较高的机电耦合系数、高频介电损失相对较小、成本低廉、制备容易等。与压电材料相比，稀土超磁致伸缩材料具有更优异的特性，如较大的应变值、更大的能量密度、较低的声速、无过热失效的特性等。

目前，稀土超磁致伸缩材料已经在低频大功率水声换能器、大功率执行器等方面得到了较多的应用。本发明人在专利“CN200610065104.6”中公开了一种超低频水声换能器，该换能器的每个驱动单元中使用了一根整体的稀土超磁致伸缩材料棒并在该棒的两端粘贴了一圆片状的稀土永磁体，但由于稀土超磁致伸缩材料最大的缺点是在高频段工作时的涡流损耗比较大、效率较低，这极大的限制了其在超声频段的应用。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有的稀土超磁致伸缩材料只能应用在低频大功率水声换能器种，从而提出一种稀土超磁致伸缩复合棒式换能器。。

本发明在换能器的设计中采用了一种全新形式的静态偏磁场施加方式和一种全新的稀土材料布放结构。

为达到上述发明目的，本发明提供一种稀土超磁致伸缩复合棒式换能器，该换能器包括前辐射头、后辐射头、预应力螺钉、稀土超磁致伸缩材料、永磁体和线圈架及导线，其特征在于，所述永磁体呈中空的圆管；所述稀土超磁致伸缩材料为若干长度相同的Terfenol-D圆棒，所述的圆棒沿永磁体的外圆周周向且同轴均匀布放，且圆棒与永磁体之间留有间隙。

作为本发明的一个改进，所述的换能器还包含两个圆片状的导磁纯铁片；所述的两个导磁纯铁片分别设置在稀土超磁致伸缩材料的上端和前辐射头之间、及下端和后辐射头之间。所述的导磁纯铁片采用径向开缝，径向开缝的长度是半径的四分之三，即沿径向均匀分别若干不切透的缝隙。

上述技术方案，所述的永磁体的长度小于圆棒的长度。

上述技术方案，所述的换能器由预应力螺钉穿心紧固并提供预应力。

上述技术方案，所述的线圈架及导线设置在两片导磁纯铁片之间。

上述技术方案，所述前辐射头1采用轻金属材料制成，通常情况下选用铝合金、铝镁合金和钛合金等；所述后辐射头7采用重金属材料制作，通常情况下选用钢或铜材料。所述的换能器各连接构件间采用环氧树脂类粘接剂粘接。所述的永磁体采用铷铁硼材料加工并经过充分磁化后制作而成。上述技术方案中，所述永磁体4为圆管状，中间孔内可穿过预应力螺钉2；所述Terfenol-D棒5加工成直径较小的圆棒，均匀分布在永磁体4的圆周方向，Terfenol-D棒5与永磁体4不直接接触，永磁体4的长度小于Terfenol-D棒5。

上述技术方案中，线圈架及导线6的中心有若干圆孔，Terfenol-D棒5与永磁体4布放其中，线圈架基体起定位、支撑的作用。

上述技术方案中，所述前辐射头1、导磁纯铁片3、永磁体4和后辐射头7的中心均加工有孔，预应力螺钉2从孔中穿过并使上述零件相互间固定，同时为Terfenol-D棒5提供机械预应力。

上述技术方案中，本发明在换能器的设计中采用了一种全新形式的静态偏磁场施加方式和一种全新的稀土材料布放结构。本发明采用的永磁体4是为Terfenol-D棒提供静态偏置磁场，将其制作成圆管状并置于稀土超磁致伸缩材料内部，在Terfenol-D棒的两端面各放置一导磁纯铁片，这样的结构使得Terfenol-D棒中的静态偏置磁场更均匀，有利于提高稀土超磁致伸缩材料的工作效率。本发明还针对大尺寸规格的Terfenol-D棒内的高频涡流损失较大、效率较低的缺点，将经常应用的大尺寸Terfenol-D棒分解成若干较小尺寸的Terfenol-D棒，均匀分布在永磁体的周围，这样的结构形式和布放方式有效地抑制了高频涡流的产生，大大提高了Terfenol-D棒驱动的复合棒式换能器在高频段的工作效率。

本发明提供一种由稀土超磁致伸缩材料(Terfenol-D)驱动的、工作在超声频段的复合棒式换能器，在此换能器的设计中采用了一种全新形式的静态偏磁场施加方式和一种全新的稀土材料布放结构。本发明优点在于，可以有效的克服稀土超磁致伸缩材料在高频段工作时的涡流损耗比较大、效率较低的缺点，在工程实际中具有较大的应用价值。

附图说明