[发明专利]一种含传振杆的螺旋声波发射换能器

说明书

本发明提供了一种含传振杆的螺旋声波发射换能器，包括设置在金属壳体内的传振杆、压电陶瓷堆和金属质量块，所述的传振杆设置在金属壳体的中心处，且传振杆的上下端均与金属壳体固连，在传振杆的四周均布若干组压电陶瓷堆，所述的金属质量块套设在压电陶瓷堆的外围，每一所述的压电陶瓷堆均包括若干压电陶瓷片和电极片，所述的压电陶瓷堆由压电陶瓷片和电极片交错压合而成，且压电陶瓷堆的两端均为压电陶瓷片。本发明所述的一种含传振杆的螺旋声波发射换能器，驱动方式简单，相位指向性线性度高，相位特性不随高度变化，且具有较低的谐振频率，本发明可用于水声螺旋声波导航、水声通信。

技术领域

本发明属于水声换能器领域，尤其是涉及一种含传振杆的螺旋声波发射换能器。

背景技术

声波是人类迄今为止已知的唯一能在海水中远距离传输的能量载体。水下导航定位常采用声波作为运载信息的媒介。而水声换能器作为水下产生声波的设备，需根据时代需求进行相关应用技术改进。

近年来，小尺寸水下潜航器的迅速发展，对水下导航设备提出了小型化、简单化需求，美国人Benjamin Dzikowicz仿照在无线电导航中的VOR技术，提出了新的水声导航技术，利用螺旋声波的相位指向性实现导航功能，意在减轻水下潜航器的设备负担。螺旋声波换能器是螺旋声波导航的关键技术之一，只有实现线性相位指向性螺旋声波的发射技术才能够实现可用精度的水下螺旋声波导航，因此对于螺旋声波水声换能器的研究十分重要。

能够发射螺旋声波的水声换能器种类有很多。例如：螺旋形的1-3复合材料换能器、相控的圆形1-3复合材料换能器、电极分瓣的压电圆管换能器、纵振子圆阵换能器等。虽然这些螺旋声波换能器都能发射具有相位指向性的声波，但是这些换能器的相位指向性的线性度往往不佳，且存在相位指向性都随高度变化的问题，给导航增加了额外的误差，一些换能器的驱动方式过于复杂，不能满足实际螺旋声波导航的需求，如何实现螺旋声波的发射，并且相位指向性线性度高、相位特性不随高度变化、驱动简单，成为目前人们关心的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种含传振杆的螺旋声波发射换能器，驱动方式简单，相位指向性线性度高，相位特性不随高度变化，且具有较低的谐振频率。可用于水声螺旋声波导航、水声通信。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种含传振杆的螺旋声波发射换能器，包括设置在金属壳体内的传振杆、压电陶瓷堆和金属质量块，所述的传振杆设置在金属壳体的中心处，且传振杆的上下端均与金属壳体固连，在传振杆的四周均布若干组压电陶瓷堆，所述的金属质量块套设在压电陶瓷堆的外围，每一所述的压电陶瓷堆均包括若干压电陶瓷片和电极片，所述的压电陶瓷堆由压电陶瓷片和电极片交错压合而成，且压电陶瓷堆的两端均为压电陶瓷片。

进一步的，所述金属壳体包括上盖、下盖和中段圆管，所述的上盖和下盖均为中心厚、边缘薄的圆板，所述的中段圆管为等厚圆管，所述的上盖和下盖与中段圆管外径相等，所述的上盖和下盖与中段圆管同轴设置且固定连接。

进一步的，所述上盖和下盖形状完全相同，均为靠近传振杆的一面是平面，另一面是曲面的圆板。

进一步的，所述传振杆为上下对称的变截面实心金属杆，传振杆的中段截面呈正方形，上、下两段截面呈圆形，传振杆的长度与金属壳体的中段圆管的高度相等，传振杆的两端与金属壳体的上盖和下盖的内表面固定连接，所述传振杆与上盖和下盖同轴布置。

进一步的，所述压电陶瓷堆设置4组，且4组压电陶瓷堆沿圆周方向排布在传振杆的中段四周，相邻两组压电陶瓷堆的中轴线相互垂直并穿过传振杆的几何中心。

进一步的，每一组所述压电陶瓷堆均为由2n片压电陶瓷片粘接成的长方体结构，且2n片压电陶瓷片沿厚度方向极化，每相邻的两片压电陶瓷片的极化方向相反，其中n为正整数。