[发明专利]一种工作频率可调的接收换能器

说明书

本发明公开了一种工作频率可调的接收换能器，包括若干排布在一起的耦合赫姆霍兹谐振腔结构单元，所述耦合赫姆霍兹谐振腔结构单元包括薄壁圆管延长颈、压电材料以及两个耦合的赫姆霍兹谐振腔体，所述赫姆霍兹谐振腔体包括开孔的顶壁、不开孔的底壁、侧壁以及前面板和后面板，所述侧壁位于两个耦合赫姆霍兹谐振腔结构单元之间，所述前面板和后面板用于构成闭合腔体；两个赫姆霍兹谐振腔体顶壁的开孔大小相同或不同，且顶壁的开孔中穿插设置薄壁圆管延长颈，两个赫姆霍兹谐振腔体之间设置压电材料，所述压电材料采用压电陶瓷片和电极片压合而成。本发明整体结构及制作工艺简单，易于阵列化处理以提高灵敏度，也可根据需要进行串并联处理且成本低。

技术领域

本发明属于换能器领域，具体涉及一种工作频率可调的接收换能器。

背景技术

在接收换能器领域，工作频率和灵敏度是两个重要的性能指标，最常见的接收换能器是利用外来声波作用在换能器的振动面上，从而使换能器的机械振动系统发生振动，借助某些物理效应，如压电效应、磁致伸缩效应等引起换能器储能元件中电场或磁场发生相应的变化，从而引起换能器的电输出产生一个相当于声信号的电压和电流。关于接收换能器，众多学者做了相关的研究。中国科学院南海海洋研究所邸鹏飞等人提出了一种测量海底冷泉渗透气泡上升速度的声波接收传感装置；吕舒晗等人提出了一种可拉伸压电换能器阵列声波接收端及接收系统；王东等人提出了一种小直径单偶极圆柱型结构声波接收换能器。但是现有技术的接收换能器其灵敏度较低且接收响应的频带适用范围较窄，一种接收换能器结构只能满足单种频率的声波接收，且灵敏度不高，导致了在现实生活中应用时，多种频段范围的声音信号接收就要用到多种接收换能器，体型庞大，结构复杂，这为实际应用带来了很多不便之处。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工作频率可调的接收换能器，以克服现有技术的缺陷，本发明在不用改变换能器整体结构的基础上，仅仅通过更换不同长度的薄壁圆管延长颈，就可以使耦合腔的共振频率发生改变，实现了既可以使单频的声音信号达到高灵敏度接收，也可以方便地对宽频带范围内的声信号实现平坦的接收响应。此外该接收换能器整体结构及制作工艺简单，易于阵列化处理以进一步提高其灵敏度，也可根据需要进行串并联处理且成本低。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种工作频率可调的接收换能器，包括若干排布在一起的耦合赫姆霍兹谐振腔结构单元，所述耦合赫姆霍兹谐振腔结构单元包括薄壁圆管延长颈、压电材料以及两个耦合的赫姆霍兹谐振腔体，所述赫姆霍兹谐振腔体包括开孔的顶壁、不开孔的底壁、侧壁以及前面板和后面板，所述侧壁位于两个耦合赫姆霍兹谐振腔结构单元之间，所述前面板和后面板用于构成闭合腔体；两个赫姆霍兹谐振腔体顶壁的开孔大小相同或不同，且顶壁的开孔中穿插设置薄壁圆管延长颈，两个赫姆霍兹谐振腔体之间设置压电材料，所述压电材料采用压电陶瓷片和电极片压合而成。

进一步地，所述若干耦合赫姆霍兹谐振腔结构单元串联排布，或并联排布，或呈阵列排布。

进一步地，所述压电材料包括电极片以及嵌在电极片中部一侧的压电陶瓷片。

进一步地，所述压电陶瓷片为圆形的PZT-5H压电陶瓷片。

进一步地，所述电极片和侧壁的材料均为铜。

进一步地，所述顶壁、底壁、前面板、后面板以及薄壁圆管延长颈的材料均为3D打印材料PLA。

进一步地，所述顶壁的壁厚h₁＝6mm，当两个赫姆霍兹谐振腔体顶壁的开孔大小不同时，两个赫姆霍兹谐振腔体顶壁的开孔半径分别为：R₁＝1.2mm，R₂＝1.9mm。

进一步地，所述底壁的壁厚h₂＝4mm，侧壁的壁厚h_m＝0.1mm，前面板和后面板的厚度均为1mm。

进一步地，两个赫姆霍兹谐振腔体的长均为20mm，宽均为22mm，高均为20mm。