[发明专利]一种超磁致伸缩换能器连续可调预应力装置及方法

说明书

本发明公开了一种超磁致伸缩换能器连续可调预应力装置及方法，适用水声换能器领域。所述预应力装置由预应力施加杆、第一开通孔梯形块、第二开通孔梯形块、手柄、第一配合块、第二配合块组成，其中第一配合块与第二配合块均具有凹、凸两种构形。第一开通孔梯形块、第二开通孔梯形块内开两段相反方向螺纹与预应力施加杆配合，第一开通孔梯形块、第二开通孔梯形块外侧斜面的一字形凸起和第一配合块、第二配合块内侧斜面的一字形凹槽连接，预应力施加杆上的十字形凹槽和手柄上的十字形凸起连接。所述超磁致伸缩换能器连续可调预应力方法，可运用所述装置实现超磁致伸缩材料连续、可调且大小足够的预应力施加，并能拓展适用于多种构型的水声换能器。

技术领域

本发明涉及一种超磁致伸缩换能器连续可调预应力装置及方法，属水声换能器领域。

背景技术

换能器是一种能量转换装置，水声换能器可在水下将电磁能转换为机械能(发射器)，或将机械能转化为电磁能(水听器)，由于声波在水中能实现信息有效且远距离传递，水声换能器多用于水声环境监测、水域资源开发、反潜战及水声通信等领域。

超磁致伸缩材料相比其他材料具有磁致伸缩系数大、响应时间短、能量密度高、抗压强度高和承载能力大的优点，是低频、大功率水声换能器制作的理想材料，在水声换能器领域应用广泛。而实际应用中，超磁致伸缩材料的振动性能与材料的状态密切相关，即在不同的机械预应力下有不同的输出性能。预应力过小时，超磁致伸缩材料不能达到最优输出性能，预应力过大时，将降低在一定交变磁场幅度下，超磁致伸缩棒的伸缩系数，因此，在实际应用过程中，需要给超磁致伸缩棒加上合适的预应力，使其能够在定幅值的交变磁场作用下达到更大的输出，由于超磁致伸缩棒受压强度比受拉强度高，施加一定的预应力还可保护超磁致伸缩材料不受损坏。

研制超磁致伸缩换能器过程中，给换能器中的超磁致伸缩棒施加连续、可调的合适大小的预应力是技术难点。调试过程中，需要根据具体材料及应用的情况施加合适大小的预应力，通过传感器读数或振动测试验证换能器输出已达到最佳范围。根据王博文等人的研究，使用钢带通过螺栓对超磁致伸缩棒施加预应力时，会影响整个换能器的附加刚度，且影响到整个磁路结构的稳定性。使用碟簧等对换能器施加预应力时，刚度降低，可增加温度变化时的预应力稳定性，但对于多棒的磁路则难以保持预应力的一致性。而对于预应力块施加预应力的方式，则存在装配过程中容易一次性损坏内部超磁致伸缩材料的问题。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种超磁致伸缩换能器连续可调预应力装置及方法，用于对超磁致伸缩换能器施加连续、可调的预应力，解决以上问题，经过尺寸及形状调整可用于不同形状各种大小的换能器的预应力施加。

本发明预应力装置由以下部分组成：预应力施加杆、第一开通孔梯形块、第二开通孔梯形块、手柄、第一配合块、第二配合块。

其中，第一开通孔梯形块、第二开通孔梯形块的通孔的孔径在4mm-8mm，具体应用时根据强度条件校核。第一配合块、第二配合块的材料是60Si2MnA弹簧钢。配合块为凹形或凸形的钢块，配合块的尺寸根据实际应用时根据换能器的尺寸改变。

第一种实施形式中：预应力施加杆与第一开通孔梯形块、第二开通孔梯形块以螺纹方式连接，其中，第一开通孔梯形块、第二开通孔梯形块通孔中的两段螺纹方向相反。第一开通孔梯形块、第二开通孔梯形块与第一凹形配合块、第二凹形配合块之间通过第一开通孔梯形块、第二开通孔梯形块外侧斜面的一字形凸起和第一凹形配合块、第二凹形配合块内侧斜面的一字形凹槽连接，手柄与预应力施加杆通过预应力施加杆上的十字形凹槽和手柄上的十字形凸起连接。

手柄旋动预应力施加杆，带动两端与其连接的第一开通孔梯形块、第二开通孔梯形块向外滑动。固定第二凹形配合块位置，而第一凹形配合块和第二凹形配合块之间的距离变大，与超磁致伸缩材料紧密接触的第一凹形配合块将向超磁致伸缩材料传递对应大小的预应力。