[发明专利]内凹式Cymbal换能器

说明书

技术领域

 本发明涉及水声换能器技术领域，尤其是一种内凹式Cymbal换能器。 

背景技术

上世纪80年代后期，美国宾州大学发明了如图1所示的压电陶瓷与金属两相复合的Moonie 换能器结构。这种结构的换能器的金属帽，能够把压电陶瓷元件小的径向位移和振动转化为金属帽顶部大很多的轴向位移和振动。后来，该结构不断被改进，换能器的振幅放大效果得到更加显著的提升，本世纪初形成了较为成熟的如图2所示的Cymbal换能器结构。 

Cymbal结构具有显著的位移放大效应，使该结构在最近的十多年里成为换能器领域重要的研究热点，在压电复合材料、大位移执行器等方面，特别是在水声换能器领域展开了广泛而深入的研究。但目前关于Cymbal换能器的研究几乎局限于接收型换能器以及中高频段使用的小尺寸水声换能器及基阵，而在低频发射水声换能器方面，由于受到压电陶瓷元件尺寸的限制、胶黏剂结合强度等因素的限制，现有的Cymbal换能器存在声辐射效率低，抗静水压强度不高等不足，性能仍然有待提升。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种内凹式Cymbal换能器，该产品具有较高的声辐射效率、耐静水压强度高，而且性能更加良好。 

为了解决上述技术问题，本发明包括圆盘形金属壳体，所述壳体内设置有压电元件，所述圆盘形金属壳体的两个端面呈内凹形。 

优选地，所述压电元件为压电驱动圆环。 

进一步，所述压电驱动圆环与圆盘形金属壳体的侧壁之间设置有绝缘层。 

进一步，所述压电驱动圆环与绝缘层粘接，所述绝缘层与圆盘形金属壳体的侧壁粘接。 

本发明提出的内凹式Cymbal换能器结构不仅能全面传统继承Cymbal换能器结构高集成度、高效率等各种优势，与传统Cymbal换能器结构相比，内凹式Cymbal换能器还具备其他重要优势： 

1，在低频基模工作时，换能器整个辐射表面基本不存在反相区，换能器能够以近似呼吸模态工作，因此该结构换能器具备很高的声辐射效率。

2，换能器耐静水压性能优越：一方面换能器在深水高静压工作时不会使换能器的预应力失效；另一方面结构的耐静水压破坏的能力较Cymbal结构有明显提升，实践证明该换能器结构具备1000米以上的深水工作能力，这在弯张换能器领域是罕见的。 

3，用压电驱动圆环取代了单压电陶瓷片作为驱动源，克服了原来Cymbal换能器压电驱动圆片只能利用低效的压电陶瓷横向振动模式的限制、以及压电陶瓷与金属帽之间粘接强度对最大工作振幅的限制，使Cymbal换能器突破了大尺寸压电圆片无法制备和可靠性低下的瓶颈问题，大大提升了换能器的性能。 

附图说明

图1为Moonie 换能器结构示意图； 

图2为传统Cymbal换能器的结构示意图；

图3为本发明的结构示意图。

具体实施方式

本发明所列举的实施例，只是用于帮助理解本发明，不应理解为对本发明保护范围的限定，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明思想的前提下，还可以对本发明进行改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求保护的范围内。 

如图3所示，本发明包括圆盘形金属密闭壳体1，所述壳体内设置有压电驱动圆环2，所述圆盘形金属壳体1的两个端面呈内凹形，所述压电驱动圆环2与圆盘形金属壳体1的侧壁之间设置有绝缘层3，绝缘层3可采用陶瓷材料或其他刚性较好的绝缘材料制作。所述压电驱动圆环2与绝缘层3粘接，所述绝缘层3与圆盘形金属壳体1的侧壁粘接，形成一个牢固的整体结构。为了便于压电驱动圆环2的电缆引出，所述圆盘形金属密闭壳体1上可以开设一个穿孔4，并进行水密封处理。