[发明专利]一种指向性四边型弯张换能器

说明书

本发明公开了一种指向性四边型弯张换能器，包括激励振子1、辐射壳体2、中心质量块3和过渡块4，辐射壳体2为由四组内凹弯曲梁与四组直梁交替连接形成的封闭壳体，四组直梁内壁上分别安装有过渡块4，四组过渡块4后分别连接有两组长激励振子与两组短激励振子，两组长激励振子与两组短激励振子构成交叉驱动结构，四组激励振子1彼此之间相互垂直，四组激励振子1的另一端共同连接到中心质量块3上；本发明利用非对称的辐射面搭配非对称的激励方式，使前后相对的两个辐射面振动时形成强烈的反差，从而实现心形指向性发射；本发明使用范围广泛，可应用于低频主动声呐、远程通信、地声传播研究和海洋地质研究等领域。

技术领域

本发明属于水能换能器技术领域，具体涉及一种指向性四边型弯张换能器。

背景技术

水声设备是重要的海洋观测设备，利用声波携带信息对水下目标进行探测和识别。换能器是水声设备的关键部件，水声设备依靠它实现电、声能量互换。依据工作状态不同，换能器分成两大类：将电磁能量转换成声能的发射换能器和将声能转换为电磁能量的接收换能器或称为水听器。发射换能器把电磁振荡能转换成机械振动能，从而推动水介质进行振动，把电信号转换成在海洋中传播的声信号，辐射声能；接收换能器把机械振动能转换成电磁振荡能量，把声波信号转换成电信号，经过放大和处理后，送到显示器中进行观察和识别。目前换能器中运用较为广泛的是压电换能器，利用压电效应和逆压电效应，进行机械能和电能之间能量转换。某些晶体因受外力作用而发生形变时，在它的某些表面上会出现电荷，出现压电效应，具有压电效应的晶体称为压电晶体。压电效应是可逆的，即晶体在外电场的作用下要发生形变，即反向压电效应或逆压电效应。

弯张型换能器是实现低频声辐射的常用水声换能器，其工作原理是利用弯张壳体的位移放大效应，将驱动单元小振幅的纵向振动转化为壳体大振幅的弯曲振动，提高声辐射能力。

潜艇降噪技术的进步使得表面覆盖消声瓦的潜艇，对于中高频的噪声吸收充分，只剩低频噪声有迹可循，低频声波具有吸收损失小的特点，如果利用深海声道优良的声传播条件，低频声波的传播距离可达上千公里，因此在主动探测中，采用低频声源有利于实现对目标的探测。

由于指向性换能器可以显著地提高作用距离、提高信噪比、减小干扰、同时，由于其可定向传输信息，从而提高通讯的可靠性和保密性，因此低频指向性水声换能器的研究具有重要意义。

心形指向性是一种比较典型的指向性合成结果，已在麦克风中广泛应用，在水声领域常用于需要单向辐射特性的时候，最基本的心形指向性可以利用单极子和偶极子的等幅同相振动叠加而成。

目前，利用单极子振动和偶极子振动合成心形指向性的方法均是通过电端调节，对多组激励振子施加不同的电压，这种方法的弊端在于要根据换能器的自身结构特点对电路进行设计，而引入电学量的变化后，会增加整个操作过程的复杂程度。如Butler等人研制出具有指向性的IV型弯张换能器。这种弯张换能器采用两组压电堆分别驱动，调节两组激励达到一个适当的相位时，换能器辐射面一边不动，一边辐射，呈心形指向性，可以看出，此设计中电路比较复杂，需要特别注意电路部分的设计。因此实现一种电路简便、容易实现且能心形指向性好的换能器很有必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电路简便、容易实现且能实现低频心形指向性发射的指向性四边型弯张换能器。

本发明的目的是这样实现的：

本发明公开了一种指向性四边型弯张换能器，包括激励振子1、辐射壳体2、中心质量块3和过渡块4；辐射壳体2为由四组内凹弯曲梁与四组直梁交替连接形成的封闭壳体，四组直梁内壁上分别安装有过渡块4，四组过渡块4后分别连接有两组长激励振子与两组短激励振子，两组长激励振子与两组短激励振子构成交叉驱动结构，四组激励振子1彼此之间相互垂直，四组激励振子1的另一端共同连接到中心质量块3上。