一種多壓電陶瓷堆激勵深水寬帶換能器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水聲通信、探測、海洋深水研究領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種多壓電陶瓷堆激勵深水寬帶換能器。
【背景技術(shù)】
[0002]21世紀是海洋的世紀，水聲換能器是認識海洋的重要手段，在水聲通信、探測、海洋深水研究領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。目前各大海洋資源國家對海洋資源和海洋領(lǐng)土的重視前所未有，深海開發(fā)技術(shù)已經(jīng)成為熱點，這就要求水聲換能器能夠在深水條件下工作。這對水聲換能器的性能提出了更高的要求。
[0003]傳統(tǒng)的深水寬帶壓電圓管換能器采用開放式溢流結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)的換能器采用徑向振動和內(nèi)部液腔振動，以實現(xiàn)寬帶，由于徑向振動存在內(nèi)外反相問題，換能器的發(fā)射電壓響應(yīng)有所降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的水聲換能器在深水下工作時內(nèi)外反相問題造成發(fā)射響應(yīng)大大減小的問題，從而提供一種能夠獲得較大發(fā)射電壓響應(yīng)的深水、寬帶換能器。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種多壓電陶瓷堆激勵深水寬帶換能器，包括壓電陶瓷堆1、下筒形端蓋2、預(yù)應(yīng)力螺桿3以及上筒形端蓋4 ;其中，
[0006]所述壓電陶瓷堆I有多個，任一壓電陶瓷堆I通過預(yù)應(yīng)力螺桿3安裝在所述下筒形端蓋2與上筒形端蓋4之間，所述多個壓電陶瓷堆I之間并聯(lián)連接；所述的下筒形端蓋2的最上端與上筒形端蓋4的最下端之間留有間距。
[0007]上述技術(shù)方案中，還包括彈性透聲腔5以及順性管6 ;其中，所述彈性透聲腔5位于安裝完畢的壓電陶瓷堆1、下筒形端蓋2、預(yù)應(yīng)力螺桿3、上筒形端蓋4之外，在其內(nèi)安裝所述順性管6。
[0008]上述技術(shù)方案中，所述壓電陶瓷堆I的外套設(shè)有防水用的水密層；所述水密層采用聚氨酯膠或硫化橡膠制成，水密層內(nèi)充有包括蓖麻油在內(nèi)的電絕緣物質(zhì)。
[0009]上述技術(shù)方案中，所述彈性透聲腔5內(nèi)部充斥包括蓖麻油、娃油在內(nèi)的電絕緣物質(zhì)，所述彈性透聲腔5內(nèi)部的物質(zhì)與所述彈性透聲腔5 —起形成水密結(jié)構(gòu)。
[0010]上述技術(shù)方案中，所述下筒形端蓋2、上筒形端蓋4的中間位置開有圓孔。
[0011]上述技術(shù)方案中，所述壓電陶瓷堆I的數(shù)目在4-12個之間。
[0012]上述技術(shù)方案中，在一所述壓電陶瓷堆I的中心位置安裝一預(yù)應(yīng)力螺桿3。
[0013]上述技術(shù)方案中，在一所述壓電陶瓷堆I的四周均勻安裝多個預(yù)應(yīng)力螺桿3’。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0015]本發(fā)明的換能器為多壓電陶瓷堆和開孔端蓋構(gòu)成的類圓管溢流換能器，利用其壓電堆和上下蓋板的多模態(tài)振動，實現(xiàn)了換能器的大寬帶發(fā)射，利用多壓電堆的33工作模式，及減小因圓管結(jié)構(gòu)徑向振動的反相問題帶來的較大發(fā)射響應(yīng)減小的問題，獲得了大功率的發(fā)射。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的多壓電陶瓷堆激勵深水寬帶換能器在一個實施例中的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是本發(fā)明的多壓電陶瓷堆激勵深水寬帶換能器在另一個實施例中的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖3是本發(fā)明的多壓電陶瓷堆激勵深水寬帶換能器施加預(yù)應(yīng)力的一種方式；
[0019]圖4是本發(fā)明的多壓電陶瓷堆激勵深水寬帶換能器發(fā)射電壓響應(yīng)圖。
[0020]附圖標識
[0021]I 壓電陶瓷堆2 下筒形端蓋
[0022]3 預(yù)應(yīng)力螺桿3’ 預(yù)應(yīng)力螺桿
[0023]4 上筒形端蓋5 彈性透聲腔
[0024]6 順性管
【具體實施方式】
[0025]現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的描述。
[0026]參考圖1，在一個實施例中，本發(fā)明的多壓電陶瓷堆激勵深水寬帶換能器包括:壓電陶瓷堆1、下筒形端蓋2、預(yù)應(yīng)力螺桿3以及上筒形端蓋4。其中，所述壓電陶瓷堆I有多個，任一壓電陶瓷堆I通過一預(yù)應(yīng)力螺桿3安裝在所述下筒形端蓋2與上筒形端蓋4之間，所述多個壓電陶瓷堆I之間并聯(lián)連接；所述的下筒形端蓋2的最上端與上筒形端蓋4的最下端之間留有間距。
[0027]下面對該換能器中的各個部件做進一步的說明。
[0028]所述壓電陶瓷堆I可采用極化的PZT-4或PZT-8壓電陶瓷實現(xiàn)。
[0029]所述壓電陶瓷堆I的外套設(shè)有防水用的水密層。所述水密層可采用聚氨酯膠或硫化橡膠制成，水密層內(nèi)可充蓖麻油等電絕緣物質(zhì)。所述電絕緣物質(zhì)能夠起到電絕緣、散熱、壓力平衡的作用。
[0030]在圖1所示的實施例中，所述壓電陶瓷堆I的數(shù)目為6個，這些壓電陶瓷堆I在同一圓周上均勻、對稱分布。在其他實施例中，所述壓電陶瓷堆I的數(shù)目在4-12個之間，這些壓電陶瓷堆I也應(yīng)在同一圓周上均勻、對稱分布。
[0031]所述多個壓電陶瓷堆I之間并聯(lián)連接是指各個壓電陶瓷堆的正極和正極相連，負極和負極相連。
[0032]在本實施例中，所述下筒形端蓋2、上筒形端蓋4的中間位置開有圓孔，在其他可選的實施例中，兩者也可不開孔，但會對聲場性能有一定的影響。
[0033]所述下筒形端蓋2、上筒形端蓋4可采用防銹硬鋁實現(xiàn)。
[0034]所述預(yù)應(yīng)力螺桿3分別與下筒形端蓋2、上筒形端蓋4剛性連接，所述預(yù)應(yīng)力螺桿3可采用不銹鋼實現(xiàn)。
[0035]參考圖2，在另一個實施例中，本發(fā)明的多壓電陶瓷堆激勵深水寬帶換能器還包括:彈性透聲腔5以及順性管6 ;其中，所述彈性透聲腔5位于安裝完畢的壓電陶瓷堆1、下筒形端蓋2、預(yù)應(yīng)力螺桿3、上筒形端蓋4之外，在其內(nèi)可安裝順性管6。
[0036]所述彈性透聲腔5能夠起到防水作用。在本實施例中，所述壓電陶瓷堆I的外套可不做水密處理，而是在彈性透聲腔5內(nèi)部充斥包括蓖麻油、硅油在內(nèi)的電絕緣物質(zhì)，彈性透聲腔5內(nèi)部的液體與彈性透聲腔5 —起形成水密結(jié)構(gòu)。這樣既可以與周邊水保持同壓力，又不會在高壓下短路。
[0037]所述順性管6是一種內(nèi)部充空氣的密閉圓柱結(jié)構(gòu)，其位于彈性透聲腔5內(nèi)部的液體里，利用其具有一定的耐壓性和可壓縮性可改善換能器的發(fā)射響應(yīng)性能。
[0038]在圖1所示的實施例中，所述預(yù)應(yīng)力螺桿3位于壓電陶瓷堆I的內(nèi)部，即該實施例中的壓電陶瓷堆采用中心螺桿施加預(yù)應(yīng)力，在其他實施例中，如圖3所示，可在壓電陶瓷堆I的四周安裝預(yù)應(yīng)力螺桿3’，每個壓電陶瓷堆I的四周可安裝4-6個預(yù)應(yīng)力螺桿3’。
[0039]圖4是本發(fā)明的多壓電陶瓷堆激勵深水寬帶換能器的發(fā)射電壓響應(yīng)圖，該圖反映了本發(fā)明的換能器的聲性能，表明此種結(jié)構(gòu)在滿足深水工作的情況下，可以獲得寬帶、大功率的聲性能。
[0040]最后所應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當中。
【主權(quán)項】
1.一種多壓電陶瓷堆激勵深水寬帶換能器，其特征在于，包括壓電陶瓷堆(I)、下筒形端蓋(2)、預(yù)應(yīng)力螺桿(3)以及上筒形端蓋(4);其中， 所述壓電陶瓷堆(I)有多個，任一壓電陶瓷堆(I)通過預(yù)應(yīng)力螺桿(3)安裝在所述下筒形端蓋(2)與上筒形端蓋(4)之間，所述多個壓電陶瓷堆(I)之間并聯(lián)連接；所述的下筒形端蓋(2)的最上端與上筒形端蓋(4)的最下端之間留有間距。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多壓電陶瓷堆激勵深水寬帶換能器，其特征在于，還包括彈性透聲腔(5)以及順性管(6);其中，所述彈性透聲腔(5)位于安裝完畢的壓電陶瓷堆(I)、下筒形端蓋(2 )、預(yù)應(yīng)力螺桿(3 )、上筒形端蓋(4 )之外，在其內(nèi)安裝所述順性管(6 )。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多壓電陶瓷堆激勵深水寬帶換能器，其特征在于，所述壓電陶瓷堆(I)的外套設(shè)有防水用的水密層；所述水密層采用聚氨酯膠或硫化橡膠制成，水密層內(nèi)充有包括蓖麻油在內(nèi)的電絕緣物質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多壓電陶瓷堆激勵深水寬帶換能器，其特征在于，所述彈性透聲腔(5)內(nèi)部充斥包括蓖麻油、硅油在內(nèi)的電絕緣物質(zhì)，所述彈性透聲腔(5)內(nèi)部的物質(zhì)與所述彈性透聲腔(5) —起形成水密結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多壓電陶瓷堆激勵深水寬帶換能器，其特征在于，所述下筒形端蓋(2)、上筒形端蓋(4)的中間位置開有圓孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多壓電陶瓷堆激勵深水寬帶換能器，其特征在于，所述壓電陶瓷堆(I)的數(shù)目在4-12個之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多壓電陶瓷堆激勵深水寬帶換能器，其特征在于，在一所述壓電陶瓷堆(I)的中心位置安裝一預(yù)應(yīng)力螺桿(3)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多壓電陶瓷堆激勵深水寬帶換能器，其特征在于，在一所述壓電陶瓷堆(I)的四周均勻安裝多個預(yù)應(yīng)力螺桿(3’)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多壓電陶瓷堆激勵深水寬帶換能器，包括壓電陶瓷堆、下筒形端蓋、預(yù)應(yīng)力螺桿以及上筒形端蓋；其中，所述壓電陶瓷堆有多個，任一壓電陶瓷堆通過預(yù)應(yīng)力螺桿安裝在所述下筒形端蓋與上筒形端蓋之間，所述多個壓電陶瓷堆之間并聯(lián)連接；所述的下筒形端蓋的最上端與上筒形端蓋的最下端之間留有間距。本發(fā)明利用其壓電堆和上下蓋板的多模態(tài)振動，實現(xiàn)了換能器的大寬帶發(fā)射，利用多壓電堆的33工作模式，及減小因圓管結(jié)構(gòu)徑向振動的反相問題帶來的較大發(fā)射響應(yīng)減小的問題，獲得了大功率的發(fā)射。
【IPC分類】H04R17-00
【公開號】CN104811879
【申請?zhí)枴緾N201410033314
【發(fā)明人】劉慧生, 莫喜平, 張運強
【申請人】中國科學(xué)院聲學(xué)研究所
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2014年1月23日