[实用新型]磁致伸缩换能器和用于水下发射的大功率超低频声源

说明书

技术领域

本实用新型属于水声探测技术领域，具体涉及一种磁致伸缩换能器和采用该磁致伸缩换能器制成的用于水下发射的大功率超低频声源。本实用新型所说的超低频是指频率为30-300Hz。

背景技术

为满足使用要求，水下大功率超低频声源需要具备大的振动体积位移，目前能够产生大的振动体积位移的方式主要有以下几种。

空气枪超低频声源主要是将高压压缩空气以有效的脉冲方式在水中突然释放，利用高速排出的气体激发周围的介质产生超低频振动形成所需要的超低频声波。空气枪声源结构简单、体积小、声发射功率大，但存在发射频率不可控，重复性差等问题。

电动式超低频声源主要是利用电场与磁场之间的相互作用产生驱动力推动辐射面辐射超低频声波。电动式超低频声源又存在着辐射声功率小，技术难度高等一系列问题。

有源材料驱动的超低频声源主要是采用压电陶瓷等有源材料作为声源的激励源。有源材料驱动式声源具有技术成熟，结构可靠，频率可控等特点，但是现有的利用压电陶瓷实现超低频发射的声源重量将达到吨级，直径1m左右，运输、使用均极为不便。而对于同样技术指标，若采用超磁致伸缩材料制成声源，重量和体积约为压电陶瓷型声源的五分之一左右。由于超磁致伸缩棒材料易脆，无法直接制成所需长度，使用单根磁棒制成的传统磁致伸缩换能器只能发射中高频信号，使用两根磁棒直接粘接又会存在偏置磁场不足的情况。另外，传统磁致伸缩换能器采用钢外壳结构，磁漏较大，电能—磁能转化效率较低。

实用新型内容

为了解决背景技术中存在的问题，本实用新型提供了一种磁致伸缩换能器和用于水下发射的大功率超低频声源。本实用新型磁致伸缩换能器采用永磁体和超磁致伸缩棒交替粘接、利用大辐射面和驱动振子耦合的方式，在超低频下可使换能器获得很高的振动体积位移，同时具有小型化、轻量化的特点。

本实用新型的技术解决方案是：

一种磁致伸缩换能器，包括激励线圈组件、质量块、磁回路外壳、偏置磁场组件、输出杆、压盖和前辐射头；

激励线圈组件包括线圈骨架和绕制在线圈骨架外的激励线圈；激励线圈组件固定安装在质量块上，磁回路外壳套装在激励线圈组件外且磁回路外壳的一个端面与质量块固定连接；

其特殊之处在于：

偏置磁场组件安装在所述线圈骨架内，偏置磁场组件由同轴交替粘接的N+1个永磁体和N根长度相同的超磁致伸缩棒构成；N≥3；

所述偏置磁场组件的总长度大于等于200mm；单根超磁致伸缩棒和单个永磁体的长度比为5～10：1；

输出杆的中部带有碟簧和限位凸起；输出杆的一端插入所述线圈骨架内并与所述偏置磁场组件紧密接触；输出杆中部的限位凸起与所述线圈骨架的端部之间具有一定间隙；

压盖从输出杆的另一端旋入并紧压所述碟簧；

输出杆的另一端伸出所述压盖后与所述前辐射头固定连接。

进一步地，上述N+1个永磁体的长度均相同。

进一步地，由于偏置磁场组件的长度达到设计要求的长度才能发射超低频信号，同时考虑到实际加工难度，上述N＝3，单根超磁致伸缩棒的长度为60mm，单个永磁体的长度为6mm。

进一步地，上述超磁致伸缩棒由铽镝铁稀土或钕铁硼材料制成。

进一步地，为获得较好的耦合效果，上述前辐射头为喇叭形，其大口朝向外部，大口外延所在平面为辐射面，辐射面直径大于等于300mm。

进一步地，上述前辐射头采用硬铝材料制成。

进一步地，上述磁回路外壳采用电工纯铁材料制成。

本实用新型同时提供了一种用于水下发射的大功率超低频声源，包括水声换能器、吊放夹具、以及由声源外壳和密封堵头组成的壳体；声源外壳为一端开口的筒状结构，声源外壳套装在换能器外，吊放夹具固定安装在声源外壳外侧面上；其特殊之处在于：

所述水声换能器为上述的磁致伸缩换能器；声源外壳的底部与磁致伸缩换能器中的质量块固定连接。

进一步地，磁致伸缩换能器的前辐射头位于所述声源外壳的边沿内侧，前辐射头处采用聚氨酯灌封至与声源外壳边沿齐平形成聚氨酯密封层，以保证声源的透声性和密封性。

进一步地，上述吊放夹具有两个，间隔设置在声源外壳的中部。

本实用新型的有益效果：