低频宽带碟形换能器的制作方法

本发明涉及水声工程，具体地，涉及一种低频宽带碟形换能器。

背景技术：

1、水声工程技术当前已成为海洋领域的主要信息技术，也是人类探索海洋的第一利器。作为“电-声”转换部件的水声换能器是水声工程装备实现水下探测的关键部件。声波的频率越低，在水中的传播损失越小，可以传播的距离也就越远，因此低频换能器在远距离水下目标探测及水声通信中具有重要应用。常见的低频换能器主要有弯曲式换能器、弯张式换能器、亥姆霍兹换能器等。

2、专利文献cn105702243b(申请号：201410710883.5)公开了一种双壳串联iv型弯张换能器，通过将两个弯张壳体串联连接，降低了壳体等效刚度，同时可安放的压电驱动单元长度更长。相比于同尺寸的iv型弯张换能器谐振频率降低了约17％，基频发送电压响应提高约1.7db。专利文献cn104282299b(申请号：201310293921.7)公开了一种纵振亥姆霍兹深水低频宽带换能器，采用纵振激励源来驱动亥姆霍兹共鸣器，具有大功率发射、大深度工作、低频的特点。上述公开报道的低频换能器基于降低谐振频率、或者增大辐射功率的目的在结构形式和驱动方式上做了一些改进工作，但是换能器的工作带宽提升并不明显。而换能器的带宽对信号传输有着非常重要的影响，在频域，影响传输声信号的频谱，在时域，影响信号的波形。因此，需要对低频换能器的宽带发射问题进行深入研究。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种低频宽带碟形换能器。

2、根据本发明提供的低频宽带碟形换能器，包括上壳体、下壳体、驱动单元、预应力组件以及电缆，所述上壳体的外沿与下壳体的外沿密闭连接，形成碟形壳体；

3、所述驱动单元设置在所述蝶形壳体内部，驱动单元的两端分别连接上壳体的中部与下壳体的中部，所述预应力组件连接驱动单元并用于向驱动单元施加纵向的预应力，所述电缆的一端连接驱动单元，电缆的另一端位于碟形壳体外部。

4、优选地，所述预应力组件包括成对的过渡块与预应力螺杆，成对的过渡块分别设置在驱动单元的一端与上壳体之间、驱动单元的另一端与下壳体之间；

5、所述驱动单元中设置有沿纵向贯通的中心孔，预应力螺杆设置在所述中心孔内部，预应力螺杆的两端分别与成对的过渡块固定连接，预应力螺杆通过成对的过渡块分别对驱动单元的两端施加纵向预应力。

6、优选地，所述过渡块的一端与上壳体或下壳体紧密连接，过渡块的另一端与驱动单元紧密连接。

7、优选地，所述上壳体的外沿与下壳体的外沿通过多个沿周向设置的紧固螺钉紧固连接。

8、优选地，所述驱动单元包括极化压电陶瓷堆与设置在极化压电陶瓷堆两端的未极化压电陶瓷片，所述极化压电陶瓷堆包括偶数个沿纵向堆叠粘接的极化压电陶瓷片；

9、相邻所述极化压电陶瓷片的极化方向相反，各极化压电陶瓷片的正极和负极通过薄电极片焊接正负导线形成电路并联，所述未极化压电陶瓷片粘接极化压电陶瓷堆。

10、优选地，所述上壳体与下壳体的材料均为铝、钢、碳纤维或钛合金。

11、优选地，所述过渡块的材料为铝、钢或钛合金；

12、所述预应力螺杆的材料为钛合金或钢。

13、优选地，所述下壳体在与上壳体的连接面上设置有密封槽，所述密封槽的内部设置有密封圈。

14、优选地，所述上壳体上设置有电缆头，所述电缆头作为电缆延伸出碟形壳体的出口；

15、所述电缆头与电缆经过水密处理。

16、优选地，所述水密处理包括橡胶硫化或聚氨酯灌封。

17、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

18、1、本发明结构简单，操作方便，采用特殊的碟形上下壳体结构，实现了驱动单元纵向振动模态和壳体弯曲振动模态的耦合，大大提升了换能器的工作带宽，且上下壳体形成完全封闭的碟形结构，具有优异的耐压性能，与现有技术相比，具备宽带和耐压的优点。

19、2、本发明的碟形换能器无需进行聚氨酯灌封或橡胶硫化等水密处理措施，具备优异的耐海水浸泡性能，适合于长期水下布放使用。

20、3、本发明的碟形换能器经过测试表明，如图5所示，在尺寸500mm*400mm时，谐振频率800hz,谐振点发送电压响应145.3db，在800-3000hz频带内，发送电压响应起伏小于5db，能满足大部分水声装备对低频换能器的需求，具有广泛的应用前景。

技术特征：

1.一种低频宽带碟形换能器，其特征在于，包括上壳体(1)、下壳体(2)、驱动单元(3)、预应力组件以及电缆(7)，所述上壳体(1)的外沿与下壳体(2)的外沿密闭连接，形成碟形壳体；

2.根据权利要求1所述的低频宽带碟形换能器，其特征在于，所述预应力组件包括成对的过渡块(4)与预应力螺杆(5)，成对的过渡块(4)分别设置在驱动单元(3)的一端与上壳体(1)之间、驱动单元(3)的另一端与下壳体(2)之间；

3.根据权利要求2所述的低频宽带碟形换能器，其特征在于，所述过渡块(4)的一端与上壳体(1)或下壳体(2)紧密连接，过渡块(4)的另一端与驱动单元(3)紧密连接。

4.根据权利要求1所述的低频宽带碟形换能器，其特征在于，所述上壳体(1)的外沿与下壳体(2)的外沿通过多个沿周向设置的紧固螺钉(6)紧固连接。

5.根据权利要求1所述的低频宽带碟形换能器，其特征在于，所述驱动单元(3)包括极化压电陶瓷堆(8)与设置在极化压电陶瓷堆(8)两端的未极化压电陶瓷片(9)，所述极化压电陶瓷堆(8)包括偶数个沿纵向堆叠粘接的极化压电陶瓷片；

6.根据权利要求1所述的低频宽带碟形换能器，其特征在于，所述上壳体(1)与下壳体(2)的材料均为铝、钢、碳纤维或钛合金。

7.根据权利要求2所述的低频宽带碟形换能器，其特征在于，所述过渡块(4)的材料为铝、钢或钛合金；

8.根据权利要求1所述的低频宽带碟形换能器，其特征在于，所述下壳体(2)在与上壳体(1)的连接面上设置有密封槽(11)，所述密封槽(11)的内部设置有密封圈。

9.根据权利要求1所述的低频宽带碟形换能器，其特征在于，所述上壳体(1)上设置有电缆头(10)，所述电缆头(10)作为电缆(7)延伸出碟形壳体的出口；

10.根据权利要求9所述的低频宽带碟形换能器，其特征在于，所述水密处理包括橡胶硫化或聚氨酯灌封。

技术总结
本发明提供了一种低频宽带碟形换能器，包括上壳体、下壳体、驱动单元、预应力组件以及电缆，所述上壳体的外沿与下壳体的外沿密闭连接，形成碟形壳体；所述驱动单元设置在所述蝶形壳体内部，驱动单元的两端分别连接上壳体的中部与下壳体的中部，所述预应力组件连接驱动单元并用于向驱动单元施加纵向的预应力，所述电缆的一端连接驱动单元，电缆的另一端位于碟形壳体外部。本发明结构简单，操作方便，采用特殊的碟形上下壳体结构，实现了驱动单元纵向振动模态和壳体弯曲振动模态的耦合，大大提升了换能器的工作带宽，且上下壳体形成完全封闭的碟形结构，具有优异的耐压性能，与现有技术相比，具备宽带和耐压的优点。

技术研发人员：杨斌颖,付昌,戴思思
受保护的技术使用者：上海船舶电子设备研究所（中国船舶集团有限公司第七二六研究所）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12