[实用新型]一种多谐振宽带复合棒换能器

说明书

本实用新型公开了一种多谐振宽带复合棒换能器,包括前质量块、前驱动晶堆、中间质量块、后质量块、后驱动晶堆、电极片、螺杆、前螺母和后螺母，中间质量块与螺杆一体成型而构成一体化螺杆，螺杆两端具有外螺纹，其余部分为光滑表面，中间质量块位于螺杆中间位置并突出于螺杆圆周面设置，螺杆前端依次套设有前驱动晶堆、电极片和前质量块，螺杆后端依次套设有后驱动晶堆、电极片和后质量块，并通过前端的前螺母依次将前质量块、电极片、前驱动晶堆和中间质量块夹紧。本实用新型可消除对应频率的发送电压响应曲线凹坑，拓宽换能器工作频带的作用。

技术领域：

本实用新型涉及水声换能器技术领域，具体涉及一种多谐振宽带复合棒换能器。

背景技术：

随着水声技术的发展和海洋军事的需求,水声换能器主要朝着宽带、低频、大功率、小尺寸方向发展。纵振换能器由于设计理论成熟,制作工艺简单、性能稳定、尺寸小、强功率、容易布阵等诸多优点，在各类水声设备中得以广泛应用。拓展纵振换能器的技术手段是利用换能器的两个或多个相邻的谐振模态，使换能器各个模态的振动位移在一定频率范围内相互叠加，从而消除换能器发送电压响应曲线的凹谷。目前常见的方法有设计辐射盖板形状使换能器的纵振模态和辐射盖板的弯曲模态耦合，利用匹配层产生新的谐振频率模态并改变纵振模态频率，将压电陶瓷堆分组分别激励以产生较近的两阶纵振模态等。通过单个或多个方法的采用，纵振换能器的带宽通常可达数个倍频程。

将压电陶瓷堆分组分别激励以产生较近的两阶纵振模态的宽带纵振换能器称为双激励换能器。其相较于普通的纵振换能器，主要区别为有一中间质量块将纵振换能器的压电晶堆分为前后两组压电晶堆。通过合理设计2个谐振峰来拓宽换能器的带宽，在低频时，前质量块、前压电晶堆和中间质量块共同构成等效前质量块，高频时，后质量块、后压电晶堆和中间质量块共同构成等效后质量块。在文献中，研究人员指出，在某些频率范围内，会出现螺杆基频与换能器的谐振峰反相叠加，造成换能器发送电压响应曲线出现很深的凹谷。

图1为常规双激励加匹配层纵振换能器，在某频率上，换能器的振动状态如图所示，图中的箭头代表该点的振速的方向与大小。此时换能器振动节点在换能器中后段，而螺杆则与换能器节点的前半部分振动反相，螺杆的振动削减了部分前质量块的振动，导致换能器在该频点的声辐射能力下降，整体工作频带缩窄。

实用新型内容：

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种多谐振宽带复合棒换能器，以克服上述螺杆基频与换能器谐振峰反相叠加导致的换能器带宽降低的问题，起到消除对应频率的发送电压响应曲线凹坑，拓宽换能器工作频带的作用。

本实用新型的技术解决方案是，提供一种多谐振宽带复合棒换能器,包括前质量块、前驱动晶堆、中间质量块、后质量块、后驱动晶堆、电极片、螺杆、前螺母和后螺母，中间质量块与螺杆一体成型而构成一体化螺杆，螺杆两端具有外螺纹，其余部分为光滑表面，中间质量块位于螺杆中间位置并突出于螺杆圆周面设置，螺杆前端依次套设有前驱动晶堆、电极片和前质量块，螺杆后端依次套设有后驱动晶堆、电极片和后质量块，并通过前端的前螺母依次将前质量块、电极片、前驱动晶堆和中间质量块夹紧，以及通过后端的后螺母依次将后质量块、电极片、后驱动晶堆和中间质量块夹紧。本实用新型将中间质量块与螺杆设计为一体结构，使螺杆与晶堆中部的振动状态相关联，改变了螺杆在振动过程中的受驱动方式，使螺杆单向振动的模态不会被激发出来，从而不会反相抵消换能器前质量块的纵向振动。最终起到消除发送电压响应曲线凹坑，拓宽换能器工作频带的作用。并且，一体化螺杆为整块金属加工而成。优选由质地较硬的材料加工而成，中间质量块外径大于等于驱动材料外径，一体化螺杆两端具有螺纹，用于装配时通过前螺母和后螺母夹紧驱动材料施加预应力。驱动材料指前驱动晶堆和后驱动晶堆中所有的压电材料圆片，通常，前驱动晶堆由4个压电材料圆片和电极片堆叠而成，后晶堆是6个压电材料圆片与电极片堆叠而成。电极片为现有技术内容，一般为铍青铜材质，主要用于联通驱动材料银电极与供电线。电极片与供电线按照特定顺序连接，确保所有驱动材料同相振动。

作为优选，还包括匹配层，匹配层粘接于前质量块前端面。