[发明专利]一种双壳串联IV型弯张换能器

说明书

本发明提供了一种双壳串联IV型弯张换能器，所述弯张换能器包括：第一弯张壳(1)、第二弯张壳(2)、两个中间连接处(3)、两组压电驱动单元(4)、外侧梁(5)和中间梁(6)；所述两个中间连接处(3)将第一弯张壳(1)和第二弯张壳(2)串联为一个整体壳，所述两组压电驱动单元(4)平行贯穿于整体壳的中间；所述外侧梁(5)将两个中间连接处(3)上下连接起来，用于限制所述第一弯张壳(1)和第二弯张壳(2)连接处外沿的弯曲振动；所述中间梁(6)用于进一步固定中间连接处(3)。本发明的弯张换能器具有尺寸小，功率大的优点。

技术领域

本发明涉及声学传感器领域，具体涉及一种双壳串联IV型弯张换能器。

背景技术

声波是唯一可以在水中远距离传播的信息载体，水声换能器广泛应用于民用或军用的舰船、潜器等装备上。声音频率越低，在水中传播时损失越小，可以传播的距离就越远，因此低频换能器在海洋渔业开发、海洋资源勘探以及远距离水下目标探测等领域具有重要的应用价值。常见的低频换能器主要有动圈式换能器，赫姆霍兹谐振器，弯曲式换能器以及弯张型换能器等。

弯张型换能器已经有近百年的发展历史，已知的最早记载是美国华盛顿特区海军研究实验室于1929年制作并测试的一款卵壳型弯张换能器。由于这类换能器是将驱动元件小振幅的纵向振动转化为弯张壳较大振幅的弯曲振动，因此具有小尺寸、低频率和大功率的优点，目前已有多种形状的弯张型换能器诞生并在水声探测领域发挥重要的作用，业界按照形状特征将其分为七个种类(E.F.Rynne.Innovative approaches for generatinghigh power,low frequency sound.Proceedings of the Third InternationalWorkshop,ORLANDO FLORIDA,1992:38-49)：I型、II型、III型、IV型、V型、VI型和VII型。IV型弯张换能器是最常见的类型之一。

IV型弯张换能器自诞生以来的改进方向基本集中于低频、大功率和宽带三个主要方向，这是与现实需求密切相关的。其在结构上被广泛接受的改进方案有以下几种：第一，弯张壳设计为变高度椭圆壳体，这种鱼唇型结构兼有振幅放大和高度加权放大的作用，增加辐射阻并降低机械Q值，提高了声功率并展宽带宽(莫喜平.Terfenol-D鱼唇式弯张换能器.声学学报[J],2001；26(1):25-28)；第二，采用双壳嵌套结构，并形成空气背衬，主要作为低频大功率声源(莫喜平，朱厚卿.我国水声发射换能器研究的30年.中国科学[J]，2013,43(z1):42-50)；第三，采用长轴加长方式(陈思，蓝宇.长轴加长型宽带弯张换能器.声学学报[J]，2011,36(6):638-644.)，这与I型换能器向II型换能器进化相似。此外新型材料如Terfenol-D磁致伸缩材料、弛豫铁电单晶材料、反铁电单晶材料等作为驱动材料也大大提高了换能器的性能。在另外六种常见的弯张换能器中，VII型可以近似为IV型的改进版，其结构类似于将两个弯张壳连在一起，中间呈凹型结构，可以有效提高换能器的耐深水性能，但由于有较大的反相区，换能器的声辐射能力较差(贺西平，VII型低频弯张稀土换能器研究[J].声学与电子工程，2004,2:1-3)。

随着潜艇消声降噪技术的提高，主动声呐采用单个发射换能器来探测潜艇已经很难实现，利用多个换能器组成基阵的方式提高声源级可有效扩大探测范围，如美国海军的主动声呐系统SURTASS-LFA SYSTEM，利用了18个阵元组成垂直阵，每个阵元又由两个IV型弯张换能器组成。虽然增加换能器数目可以提高主动声纳声源级，但会给运输、装配、收放等带来一定的不便。

发明内容

本发明的目的在于克服目前IV型弯张换能器的应用中，存在的依靠增加换能器的数量来增加探测功率的问题，提供了一种尺寸小，功率大的IV型弯张换能器。