[发明专利]一种双端开缝压电圆环水声发射换能器

说明书

本发明提供了一种双端开缝压电圆环水声发射换能器，包括压电圆环，在压电圆环的上端和下端均设有若干纵向开缝，且上端的若干纵向开缝与下端的若干纵向开缝一一正对布置，所有的纵向开缝的深度和宽度均相同，且纵向开缝的深度为压电圆环长度的20％‑30％，各端纵向开缝的宽度占所在端部的圆周的长度的5％‑10％，在正弦电压激励下，压电圆环产生双端弯曲振动模态。本发明所述的一种双端开缝压电圆环水声发射换能器，可应用于水声通信节点等圆柱形水下通信装备，且实现压电圆环的双端弯曲振动，实现低频声波发射。

技术领域

本发明属于水声换能器技术领域，尤其是涉及一种双端开缝压电圆环水声发射换能器。

背景技术

声波是目前水下远距离信息传输的最优方式。声波的频率越高，水介质对声波的吸收损失越大，声波传播的距离越近。对于水下声通信而言，要进行信息以声波为载体在水介质中的远距离传输，必须要求水声发射换能器具有低频声波发射的特性。目前水声通信装备中应用最多的圆环型水声发射换能器，该类型的水声发射换能器无论是采用径向极化圆环还是切向极化镶拼压电圆环构建，其结构的谐振频率正比于圆环的直径，谐振频率系数α＝41kHz/2.54cm，圆环水声发射换能器难于在较小的尺寸下发射低频声波。但对于水声通信节点等水下通信装备迫切需要圆环形低频水声发射换能器以提高水下声通信的距离。因此，需要开发一种在不改变传统圆环型水声发射换能器尺寸的前提下实现低频声波发射的水声发射换能器。

采用弯曲振动代替传统圆环水声发射换能器的径向振动，可以有效的解决圆环水声发射换能器的低频声波发射问题。因此目前的低频水声发射换能器主要是利用弯曲圆盘结构、弯张结构实现低频声波发射，但这些弯曲形式发射换能器的外形都是非圆环型的不规则结构，难于应用于水声通信节点等圆柱形水下通信装备，因此需要开发一种圆环型结构、利用弯曲振动实现水下低频声波发射的水声发射换能器。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种双端开缝压电圆环水声发射换能器，可应用于水声通信节点等圆柱形水下通信装备，且实现压电圆环的双端弯曲振动，实现低频声波发射。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种双端开缝压电圆环水声发射换能器，包括压电圆环，在压电圆环的上端和下端均设有若干纵向开缝，且上端的若干纵向开缝与下端的若干纵向开缝一一正对布置，所有的纵向开缝的深度和宽度均相同，且纵向开缝的深度为压电圆环长度的20％-30％，各端纵向开缝的宽度占所在端部的圆周的长度的5％-10％，在正弦电压激励下，压电圆环产生双端弯曲振动模态。

进一步的，所述压电圆环为整体式压电陶瓷圆环，所述整体式压电陶瓷圆环的极化方向为沿着圆环的径向方向，整体式压电陶瓷圆环的电激励方式为圆环内表面为正极，外表面为负极。

进一步的，所述压电圆环为镶拼式压电圆环，所述镶拼式压电圆环包括镂空金属圆环和若干镶拼压电驱动块，在每个镂空金属圆环的镂空处分别固定一个镶拼压电驱动块，所述镶拼压电驱动块由多片切向极化的压电陶瓷条与铜制电极交叉排列拼接而成，且相邻的两片压电陶瓷条的极化方向相反。

进一步的，所述镶拼压电驱动块的水平投影为扇形，镶拼压电驱动块的极化方向是与扇形圆弧平行的切向方向，压电陶瓷条的电激励方式为侧向加电，一侧为正极，一侧为负极。

进一步的，每端的纵向开缝的数目为8-12条，纵向开缝的宽度为1mm。

进一步的，所述镂空金属圆环为在整体式金属圆环的中部沿圆周方向开设四个扇形安装孔而成，且相邻两个扇形安装孔之间为连接片，所述扇形安装孔的尺寸与镶拼压电驱动块的尺寸相匹配，在镂空金属圆环的上下两端各开设8条纵向开缝，且其中4条纵向开缝正对四个连接片开设。

进一步的，所述铜制电极由0.5mm黄铜片制成，在铜制电极上开设有导线穿线孔和若干减重孔，所述穿线孔为圆形，直径为1.5mm，用于承托激励正、负极导线，并与正负导线进行焊接；所述减重孔设置四个，所述减重孔为圆形，直径为15mm。