[发明专利]一种超结构水声发射换能器

权利要求书

1.一种超结构水声发射换能器，其特征在于：包括外壳以及设置在外壳内部密封空间的电动式驱动元件以及超结构辐射盖板(3)，超结构辐射盖板(3)由基板以及固定在基板上的多个附加质量单元组成，电动式驱动元件包括软磁材料底座(12)，软磁材料底座(12)上开设有环形凹槽，环形凹槽当中放置有永磁材料芯体(9)，由软磁材料底座(12)顶部至永磁材料芯体(9)与软磁材料底座(12)之间的缝隙插入安装线圈骨架(7)，线圈骨架(7)上缠绕线圈(13)，软磁材料底座(12)的中心掏空并设置有螺旋弹簧(11)，螺旋弹簧(11)通过连接件(4)与基板相连，所述的连接件(4)具有能够与线圈骨架(7)固定的平板面。

2.根据权利要求1所述的超结构水声发射换能器，其特征在于：每个附加质量单元能够在不同频段局域共振发射中低频声波，通过多个附加质量单元并列耦合的方式得到多个辐射声压级峰值，从而在中低频范围形成连续的声发射宽带，中低频范围包括30～5000Hz。

3.根据权利要求1所述的超结构水声发射换能器，其特征在于：通过降低基板的厚度降低等效刚度和固有频率，在局域共振的作用下实现中低频声波发射，频率范围包括30～5000Hz。

4.根据权利要求1所述的超结构水声发射换能器，其特征在于：声辐射频段通过调节所述附加质量单元的质量在中低频范围进行调整，中低频范围包括30～5000Hz。

5.根据权利要求1所述的超结构水声发射换能器，其特征在于：基板的弹性模量越小、厚度越小或面积越大，或附加质量单元质量越大、距离中心位置越远，其声辐射频率越低。

6.根据权利要求1所述的超结构水声发射换能器，其特征在于：所述的连接件(4)中心设置有凸起的螺柱，螺柱由基板的中心穿过并通过安装紧固螺母(5)进行固定连接。

7.根据权利要求1所述的超结构水声发射换能器，其特征在于：所述的外壳包括固定在换能器基座(14)上的后壳体(6)以及固定在后壳体(6)上的前壳体(1)，所述的基板与前壳体(1)之间粘接密封垫圈(2)，防止水介质通过边缘的间隙进入换能器内部。

8.根据权利要求1所述的超结构水声发射换能器，其特征在于：换能器基座(14)的尾端带有螺纹，通过螺纹与外部气泵的胶管联结起来，从而为换能器结构内部提供压力保障。

9.根据权利要求1所述的超结构水声发射换能器，其特征在于：所述的基板采用钢板或铝板，其弹性模量40GPa～200GPa，泊松比0.2～0.4，阻尼损耗因子为0.15～0.25；外壳采用刚性的铝合金材料制成，其弹性模量为70GPa以上；根据声辐射的下限频率选取螺旋弹簧(11)的弹力参数，刚度越低则声辐射的下限频率越低，取值范围为20000～30000N/mm。

10.根据权利要求1所述的超结构水声发射换能器，其特征在于：所述的永磁材料芯体(9)采用钕铁硼材料制成，所述的软磁材料底座(12)采用电工纯铁材料制成。