[实用新型]多模态宽带大功率指向性发射纵振水声换能器

说明书

本实用新型公开了一种多模态宽带大功率指向性发射纵振水声换能器，涉及水声换能器领域，包括一个带柔性环纵振换能器振子、一个方形圆筒结构共振腔外壳、去耦支撑结构和尾部密封端盖；带柔性环纵振换能器振子由一个带柔性环前盖板、一个压电陶瓷晶堆、一根应力螺杆和一个后盖板组成。利用液腔耦合原理，在带柔性环纵振换能器振子前盖板前端设计一个方形圆筒结构的液体耦合腔，会在双盖板纵振换能器的两个谐振之间会产生一个新的共振谐振峰。本实用新型的有益效果为：频带较宽，可以在中低频2.5～7.5Hz范围内宽带发射；工作频带内后向辐射小，单向辐射能力强；结构尺寸可以根据实际工程需要加以调整，具备深水工作能力，适装性好、布阵灵活。

技术领域

本实用新型涉及水声换能器领域，具体涉及一种多模态宽带大功率指向性发射纵振水声换能器。

背景技术

纵振换能器，又称为Tonpilz换能器，由于其结构简单、工作性能稳定，因此被广泛应用于水声换能器领域。换能器的发射工作带宽影响着主动声纳的整机性能，如回波的信息量、信号的传输速率、抗混响能力等。

主动声纳是向水中发射声波的设备，为了使声波能传播更远的距离，获得更好的发射效果，通常会采用多个水声换能器构成发射声基阵，实现大功率定向发射。主动声纳发射声基阵通常采用平面型、圆柱型声基阵，部分使用球型阵，纵振换能器是最常用的布阵单元，具有适装性好、布阵灵活等特点。

传统的纵振换能器大多是单一振动模态换能器，定向辐射能力强，但是响应频带普遍比较窄，难以实现宽带工作。要想增加换能器工作频带，只能通过叠加其他振动模态获得双谐振实现，通常可以选择叠加的拓展模态有前盖板弯曲振动模态、匹配层振动模态、双激励振动模态耦合、柔性环中质量块振动模态等。双模态双谐振技术是拓宽纵振换能器频带的重要技术，但是此类双模态纵振换能器在中低频段能够获得的宽带也是有限的，而且两个谐振模态的谐振点分布和幅值调节难度较大，两个谐振频率之间通常会出现响应凹点，导致发射响应起伏较大，通常在5dB以上，响应凹点处电声效率低，声功率不足。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种多模态宽带大功率指向性发射纵振水声换能器，具有结构简单、使用方便、安全可靠的优势。

本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的：这种多模态宽带大功率指向性发射纵振水声换能器，包括共振腔外壳、带柔性环纵振换能器振子、前盖板后去耦支撑结构、后盖板后去耦支撑结构和尾部密封端盖，所述共振腔外壳为上下敞口、内部贯通的筒状结构，其包括下圆筒，下圆筒上部直径收窄并向上延伸形成上圆筒；带柔性环纵振换能器振子包括带柔性环前盖板、压电陶瓷晶堆、后盖板和应力螺杆，带柔性环前盖板为下部喇叭形、上部设有一个圆环形空腔的结构，后盖板设于带柔性环前盖板上部，且在二者之间设有压电陶瓷晶堆，应力螺杆贯穿后盖板和压电陶瓷晶堆，且固定在带柔性环前盖板上部，用于对压电陶瓷晶堆施加预应力，并使带柔性环前盖板、压电陶瓷晶堆和后盖板三者同轴心；该带柔性环纵振换能器振子置入共振腔外壳的内腔，带柔性环前盖板下部与下圆筒的内壁接触密封，且下圆筒内壁与带柔性环前盖板上表面之间形成液腔共振区域，通过设于该液腔共振区域内的前盖板后去耦支撑结构进行液腔深度控制；带柔性环前盖板上部、压电陶瓷晶堆及后盖板伸入上圆筒内，三者通过设于上圆筒内的后盖板后去耦支撑结构固定定位于共振腔外壳的中心；上圆筒端部固装有尾部密封端盖将共振腔外壳密封，压电陶瓷晶堆与尾部密封端盖电连接。

作为优选的技术方案，所述共振腔外壳采用耐腐蚀性金属材料制成。

作为优选的技术方案，所述下圆筒下部向外扩展形成方形头。

作为优选的技术方案，所述带柔性环前盖板与下圆筒的内壁接触密封处沿圆周方向开有O型圈密封槽，用于嵌入安装O型密封圈A。