CN100591430C - 一种活塞式换能器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种活塞式换能器，包括弯张壳体、过渡梁、活塞辐射头和驱动元件，所述弯张壳体是一截面为椭圆形的短管，所述驱动元件置于所述弯张壳体内并与弯张壳体内壁刚性连接；其特征在于，所述弯张壳体采用的是非对称弯张壳体，其椭圆形管壁的下壁壁厚大于上壁壁厚，且其上壁与过渡梁的一端刚性连接，而过渡梁的另一端与活塞辐射头刚性连接。本发明的优点是弯张壳体工作腹点的振动通过过渡梁转换成圆形活塞辐射头的等幅振动，圆形活塞辐射头表面各点处的振动位移近似相等，不但增大了换能器的辐射能力，而且可以提高换能器的工作效率，使得本发明具有了低频、大功率、高效率、小尺寸及辐射面振幅分布均匀等优点。

Description

一种活塞式换能器
技术领域
本发明属于声学传感器领域，具体地说，本发明涉及一种活塞式换能器。
背景技术
目前应用比较广泛的活塞式换能器是Tonpilz换能器，它具有以较小的重量和体积获得大的声能密度而且易于布阵等特点，被广泛地应用于水声和超声技术中。但这样的纵振动换能器适用于中、高频率的情况，如果应用于低频段，换能器的尺寸和重量都比较大，不利于应用。Henrik Borg，Anders Svensson，DanielJohansson于2001年提出了一种利于弯张壳体两侧辐射面驱动的活塞式水声换能器。其基本思路是将弯张壳体的机械转换的特性与活塞式辐射面的声学方面的优点结合起来。其特点是将两个活塞辐射面与弯张换能器的两侧辐射面相连，所以活塞辐射面的振动不但保持了弯张辐射面的大振幅特点，而且将弯张辐射面上不均匀的振动转变为活塞辐射面上比较均匀的振幅分布。但由于其采用了两个活塞面，使得换能器单侧活塞面的振幅相对较小，效率降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种低频大功率活塞式换能器，利用弯张壳体的单臂驱动，使之非常适合应用于低频，而换能器的尺寸和重量相对较小。
为达到上述发明目的，本发明提供的活塞式换能器包括弯张壳体、过渡梁、活塞辐射头和驱动元件，所述弯张壳体是一截面为椭圆形的短管，所述驱动元件置于所述弯张壳体内并与弯张壳体内壁刚性连接；其特征在于，所述弯张壳体采用的是非对称弯张壳体，其椭圆形管壁的下壁壁厚是上壁壁厚的5倍，且其上壁与过渡梁的一端刚性连接，而过渡梁的另一端与活塞辐射头刚性连接。
上述技术方案中，所述驱动元件两端各接一个刚性过渡块，驱动元件和刚性过渡块通过非对称弯张壳体的长轴伸长所产生的压力固定在非对称弯张壳体左、右侧的内壁之间。
上述技术方案中，所述驱动元件包括稀土超磁致伸缩棒；一中心带有通孔的套在稀土超磁致伸缩棒4上的线圈轴，线圈轴上缠绕有线圈5；以及位于稀土超磁致伸缩棒两端的片状稀土永磁。
上述技术方案中，所述驱动元件采用压电陶瓷堆。
上述技术方案中，所述非对称弯张壳体、过渡梁和活塞辐射头采用钢、钛合金、铝或玻璃纤维制作。
上述技术方案中，所述刚性过渡块采用钢、钛合金、铝或玻璃纤维制作。
本发明的优点是弯张壳体工作腹点(具有最大的振动位移)的振动通过过渡梁转换成圆形活塞辐射头的等幅振动，圆形活塞辐射头表面各点处的振动位移近似相等，不但增大了换能器的辐射能力，而且可以提高换能器的工作效率，使得本发明的换能器具有了低频、大功率、高效率、小尺寸及辐射面振幅分布均匀等优点。
附图说明
图1是本发明一个实施例的结构示意图
图2是本发明另一个实施例的结构示意图
图中，
1-非对称弯张壳体  2-圆形活塞辐射头   3-过渡梁
4-超磁致伸缩棒    5-线圈             6-稀土永磁
7-过渡块          8-压电陶瓷堆       9-上壁
10-下壁           11-突起
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步地描述。
实施例1
用不锈钢材料制作一由非对称弯张壳体1、过渡梁3和圆形活塞辐射头2组成的换能器外壳。如图1所示，所述非对称弯张壳体1是一横截面为椭圆形的短管，该管两端均不封闭，其管长与椭圆形截面长轴的比应小于0.8，该管下壁10的壁厚是上壁9的5倍。在上壁9的中心处，该上壁9与过渡梁3的一端刚性连接，过渡梁3的另一端与圆形活塞辐射头2的一个端面刚性连接。所述非对称弯张壳体1内壁在左右两侧各有一个向内的半圆形突起11，驱动元件与两端的两个刚性过渡块7组成换能器内腔的装配单元，装配单元的长度尺寸要比两个突起11之间的距离大0.6mm。换能器装配时，通过压缩非对称弯张壳体1的上壁9和下壁10，使得两个突起11之间的距离加大，直到可以将装配单元放入非对称弯张壳体1的内腔，当释放压缩上壁9和下壁10的压力，装配单元被刚性固定在非对称弯张壳体1的内腔，并对驱动元件施加预应力。两个突起11的作用是使得两个刚性过渡块7与非对称弯张壳体1具有较好的机械耦合，并可以自动调节装配单元在水平方向的平衡。本实施例中采用稀土超磁致伸缩材料进行驱动。驱动元件包括一圆柱状的稀土超磁致伸缩棒4，该棒两端各有一圆片状的稀土永磁6，将一中心带有通孔的线圈轴套在稀土超磁致伸缩棒4上，线圈轴上缠绕有线圈5。
换能器工作时，线圈5通电后产生交变磁场，稀土超磁致伸缩棒4在交变磁场和稀土永磁6提供的偏磁场作用下，产生磁致伸缩振动，并通过稀土永磁6和刚性过渡块7激励非对称弯张壳体1作弯曲振动，由于非对称弯张壳体1具有振幅放大效应，并且壳体下端壁厚是上端壁厚的5倍，具有较大的刚性，所以在振动时，非对称弯张壳体1的下部分基本保持钳定状态，而在非对称弯张壳体1的上部分可以得到较大的振动位移。这样，弯张壳体工作腹点(具有最大的振动位移)的振动通过过渡梁3转换成圆形活塞辐射头2的等幅振动(即活塞式辐射器)，圆形活塞辐射头2表面各点处的振动位移近似相等，不但增大了换能器的辐射能力，而且可以提高换能器的工作效率。这样，通过结构上的创新，使得本发明的换能器具有了低频、大功率、高效率、小尺寸及辐射面振幅分布均匀(即活塞式辐射)等特点。
本实施例中的非对称弯张壳体、过渡梁、活塞辐射头和刚性过渡块除采用不锈钢制作外，还可以使用钢、钛合金、铝或玻璃纤维制作。
实施例2
本实施例采用压电陶瓷堆8作为驱动元件，该压电陶瓷堆8采用长方形压电陶瓷片粘接而成，陶瓷片在电路形式上采用并联连接。压电陶瓷堆8的预应力施加方式与实施例1相同。
本实施例的其它部分与实施例1完全相同。

Claims (6)

1、一种活塞式换能器，包括弯张壳体、过渡梁、活塞辐射头和驱动元件，所述弯张壳体是一截面为椭圆形的短管，所述驱动元件置于所述弯张壳体内并与弯张壳体内壁刚性连接；其特征在于，所述弯张壳体采用的是非对称弯张壳体，其椭圆形管壁的下壁壁厚是上壁壁厚的5倍，且其上壁与过渡梁的一端刚性连接，而过渡梁的另一端与活塞辐射头刚性连接。
2、按权利要求1所述的活塞式换能器，其特征在于，上述技术方案中，所述驱动元件两端各接一个刚性过渡块，驱动元件和刚性过渡块通过非对称弯张壳体的长轴伸长所产生的压力固定在非对称弯张壳体左、右侧的内壁之间。
3、按权利要求2所述的活塞式换能器，其特征在于，所述驱动元件包括稀土超磁致伸缩棒；一中心带有通孔的套在稀土超磁致伸缩棒上的线圈轴，线圈轴上缠绕有线圈；以及位于稀土超磁致伸缩棒两端的片状稀土永磁。
4、按权利要求2所述的活塞式换能器，其特征在于，所述驱动元件采用压电陶瓷堆。
5、按权利要求1所述的活塞式换能器，其特征在于，所述非对称弯张壳体、过渡梁和活塞辐射头采用钢、钛合金、铝或玻璃纤维制作。
6、按权利要求2所述的活塞式换能器，其特征在于，所述刚性过渡块采用钢、钛合金、铝或玻璃纤维制作。
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