CN102157144A - 一种双活塞辐射型稀土弯张换能器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种双活塞辐射型稀土弯张换能器，包括IV型弯张壳体、辐射头和不锈钢水密外壳，IV型弯张壳体与辐射头相连接，N根超磁致伸缩材料稀土棒与N+1片同一磁化方向的永磁片A串联连接构成稀土振子A；N根超磁致伸缩材料稀土棒与N+1片同一磁化方向的永磁片B串联连接构成稀土振子B；稀土振子A与稀土振子B并排保持一定间距并与二块过渡质量块串联连接构成了直流偏磁场回路；稀土振子A和稀土振子B上分别套装有螺线管，由稀土振子A、稀土振子B、二个螺线管、二块过渡质量块构成了交流磁回路。本发明有益的效果是：通过在IV型弯张壳体短轴端连接圆活塞辐射头的方式，并通过水密方式，使得换能器仅有圆活塞辐射头与水接触而弯张壳体不与水接触。

Description

一种双活塞辐射型稀土弯张换能器
技术领域
本发明涉及水声换能器技术领域，主要是一种双活塞辐射型稀土弯张换能器。
背景技术
目前使用相对比较成熟的IV型弯张换能器具有较大的体积位移特性，使其具备了小体积、低频特性的同时还具备了大功率辐射特征。但IV型弯张换能器并不是没有缺点，因其结构特征，使得这种换能器振动具有了明显的反相特性，即长轴方向的伸缩与短轴方向的伸缩反相，只是由于在基频振动时，短轴端的振动位移明显大于长轴端的位移，使得长轴端的振动被补偿掉了罢了。
为了减弱IV型弯张换能器反相振动的缺点，中科院声学所莫喜平博士对其进行了改进，设计出了鱼唇式稀土弯张换能器，将弯张壳体设计成类似鱼唇的形状，使得IV型弯张壳体长轴端高度明显低于壳体短轴端的高度，这样便可通过增大壳体最大位移处的壳体高度来增大换能器的有功辐射质量，以显著降低换能器的谐振频率。同时该换能器在高度方向采用了流线型过渡，完成了换能器性能和外观上的完美结合。
但无论是鱼唇式弯张换能器还是IV型弯张换能器，由于一阶振动模式中长轴方向和短轴方向的振动是反相的，而高阶振动时仍然有反相振动的存在，从而势必减少换能器的有功辐射质量，这样一方面带来换能器频率降低效果的不明显，另外一方面也降低了换能器的电声转换效率。
发明内容
本发明解决的技术问题为：
①、克服IV型弯张换能器壳体反相振动的影响，提高弯张换能器的有功辐射质量，有效降低换能器工作频率，提高换能器电声转换效率。
②、克服IV型弯张换能器只在一阶谐振频率附近工作的现象，拓宽换能器工作频带，提高换能器在工作频带内的响应平坦性。
本发明的目的是克服现有技术的缺点和不足，提供一种双活塞辐射型稀土弯张换能器。
本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种双活塞辐射型稀土弯张换能器，包括IV型弯张壳体、辐射头和不锈钢水密外壳，IV型弯张壳体与辐射头相连接，N根超磁致伸缩材料稀土棒与N+1片同一磁化方向的永磁片A串联连接构成稀土振子A；N根超磁致伸缩材料稀土棒与N+1片同一磁化方向的永磁片B串联连接构成稀土振子B；稀土振子A与稀土振子B并排保持一定间距并与二块过渡质量块串联连接构成了直流偏磁场回路；稀土振子A和稀土振子B上分别套装有螺线管，由稀土振子A、稀土振子B、二个螺线管、二块过渡质量块构成了交流磁回路；IV型弯张壳体的上下沿同形状与其相吻合的硬质泡沫塑料定位装置配合连接，沿IV型弯张壳体的短轴方向，将弯张换能器安装在不锈钢水密外壳内，硬质泡沫塑料定位装置的外沿与不锈钢水密外壳内侧的定位连接。
作为优选，所述的永磁片A和永磁片B的磁化方向相反。
作为优选，所述的螺线管由漆包线按顺时针方向绕在环氧管上制成，两个螺线管按反方向分别套装在稀土振子A和稀土振子B上。
作为优选，所述的IV型弯张壳体的短轴端设置有连接平面，通过该连接平面与喇叭口状圆活塞的辐射头相连接。
作为优选，在辐射头上包裹有水密硫化橡胶层，在辐射头与不锈钢水密外壳的间隙处包裹有水密硫化橡胶层。
本发明有益的效果是：本方明有效避免了该缺点，通过在IV型弯张壳体短轴端连接圆活塞辐射头的方式，并通过特殊水密方式，使得换能器仅有圆活塞辐射头与水接触而弯张壳体不与水接触。
附图说明
图1是本发明的爆炸结构示意图；
图2是本发明的结构示意图；
图中：1-超磁致伸缩材料稀土棒，2-永磁片A，3-过渡质量块，4-IV型弯张壳体，5-辐射头，6-螺线管，7-不锈钢水密外壳，8-硬质泡沫塑料定位装置，9-水密硫化橡胶层，10-永磁片B。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
如图所示，这种双活塞辐射型稀土弯张换能器，包括IV型弯张壳体4、辐射头5和不锈钢水密外壳7，IV型弯张壳体4与辐射头5相连接，N根超磁致伸缩材料稀土棒1与N+1片同一磁化方向的永磁片A2串联连接构成稀土振子A；N根超磁致伸缩材料稀土棒1与N+1片同一磁化方向的永磁片B10串联连接构成稀土振子B。稀土振子A与稀土振子B并排保持一定间距并与二块过渡质量块3串联连接构成了直流偏磁场回路(静态磁路)；稀土振子A和稀土振子B上分别套装有螺线管6，由稀土振子A、稀土振子B、二个螺线管6、二块过渡质量块3构成了交流磁回路(动态交流磁路)；其中静态磁路在双堆振子中方向相反且构成闭合回路，动态交流磁路在双堆振子中方向相反构成闭合回路。IV型弯张壳体4的上下沿同形状与其相吻合的硬质泡沫塑料定位装置8配合连接，沿IV型弯张壳体4的短轴方向，将弯张换能器安装在不锈钢水密外壳7内，硬质泡沫塑料定位装置8的外沿与不锈钢水密外壳7内侧的定位连接。所述的螺线管6由漆包线按顺时针方向绕在环氧管上制成，两个螺线管6按反方向分别套装在稀土振子A和稀土振子B上。所述的IV型弯张壳体4的短轴端设置有连接平面，通过该连接平面与喇叭口状圆活塞的辐射头5相连接。在辐射头5上包裹有水密硫化橡胶层9，在辐射头5与不锈钢水密外壳7的间隙处包裹有水密硫化橡胶层9。
具体步骤如下：
步骤1、高强度、低损耗、均匀直流偏磁场实现。
将4根超磁致伸缩材料稀土棒1与5片同一磁化方向(假定为正南方向)的永磁片A2机械上串联连接构成稀土振子A；将另外4根超磁致伸缩材料稀土棒1与5片同一磁化方向(假定为正北方向)的永磁片B10机械上串联连接构成稀土振子B；
将稀土振子A与稀土振子B并排保持一定间距后与2块过渡质量块3串联连接构成了直流偏磁场回路。该磁路由于是成闭合磁路，可减少静态磁场的漏磁损耗，另外可通过缩短永磁片间稀土棒的长度来提高直流磁场的均匀性，还可通过提高永磁片磁能积的方式来提高稀土棒中的永磁强度。
步骤2：交流磁路实现
将漆包线按顺时针方向绕在环氧管上制成螺线管6；将两个螺线管6反方向分别套入稀土振子A和稀土振子B中。
这样双稀土振子、双螺线管、双过渡质量块构成了交流磁回路，该回路具有漏磁少、磁场均匀的明显特征。
步骤3、辐射头5与IV型弯张壳体4的高效连接。
采用线切割方式在将IV型弯张壳体4的短轴端割成一个平面，以便通过内六角螺钉将喇叭口状的圆活塞辐射头5与IV型弯张壳体4连接，从而实现振动的高效传递。
步骤4、有效克服IV型弯张换能器4反相振动的定位和水密
定位：首先对IV型弯张壳体4的上下沿同形状与其相吻合的硬质泡沫塑料定位装置8进行配合连接，实现弯张换能器与硬质泡沫之间的相互定位；再沿IV型弯张壳体4的短轴方向，将弯张换能器放入长方体型不锈钢水密外壳7内，通过硬质泡沫塑料定位装置8的外沿与长方体型不锈钢水密外壳7内侧的定位来实现弯张换能器在高度方向、长轴方向、短轴方向的三重定位。
通过硬质聚氨酯泡沫定位装置8对活塞振子进行定位，并将其放置于不锈钢水密外壳7中，为了使二个辐射头5自由振动，须确保辐射头5与不锈钢水密外壳之间有足够间隙。最后采用水密硫化橡胶层9对辐射头5的表面和不锈钢水密外壳7进行水密。
水密：采用硫化橡胶层9对长方体型不锈钢水密外壳7的对称方形突出部位与双辐射头4进行压紧粘接以实现整个换能器只有辐射头4与水的振动耦合，而IV型弯张壳体4的其他部分均不与水接触。
制作完成的双活塞辐射型稀土弯张换能器，普通IV型弯张换能器与对称的辐射头5在机械上进行紧密连接，从而实现当电信号施加于螺线管6上的线圈上，推动双振子振动时，进而推动IV型弯张壳体4产生伸缩振动，最终推动辐射头5产生活塞式的伸缩振动。当将其放入水中时，仅有辐射头5的振动可以传递到水中，而弯张壳体的其他振动部位无法与水接触，则无法将振动传递到水中。其好处是：①、IV型弯张壳体4的反相辐射的影响可完全避免；②、由于换能器只有辐射头5表面与水接触，辐射头5背面的反相辐射可完全避免。③、由于在IV型弯张壳体4最大的点位移处连接了面积更大的对称辐射头5，故可将换能器最大的点位移转化为面位移，从而更显著地增大体积位移，这样可提高换能器的有功辐射质量，从而更为显著的提高换能器电声转换效率；4、避免高阶振动模式中更为严重的壳体反相振动的影响，实现换能器只在辐射头5的辐射面方向的完全同相辐射，避免了因振动反相而造成的宽频带工作时的响应凹谷，可提高换能器多阶振动模式的耦合度，从而最终提高换能器的宽带辐射特性和响应平坦性。
除上述实施例外，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种双活塞辐射型稀土弯张换能器，其特征是：包括IV型弯张壳体(4)、辐射头(5)和不锈钢水密外壳(7)，IV型弯张壳体(4)与辐射头(5)相连接，N根超磁致伸缩材料稀土棒(1)与N+1片同一磁化方向的永磁片A(2)串联连接构成稀土振子A；N根超磁致伸缩材料稀土棒(1)与N+1片同一磁化方向的永磁片B(10)串联连接构成稀土振子B；稀土振子A与稀土振子B并排保持一定间距并与二块过渡质量块(3)串联连接构成了直流偏磁场回路；稀土振子A和稀土振子B上分别套装有螺线管(6)，由稀土振子A、稀土振子B、二个螺线管(6)、二块过渡质量块(3)构成了交流磁回路；IV型弯张壳体(4)的上下沿同形状与其相吻合的硬质泡沫塑料定位装置(8)配合连接，沿IV型弯张壳体(4)的短轴方向，将弯张换能器安装在不锈钢水密外壳(7)内，硬质泡沫塑料定位装置(8)的外沿与不锈钢水密外壳(7)内侧的定位连接。
2.根据权利要求1所述的双活塞辐射型稀土弯张换能器，其特征是：所述的永磁片A(2)和永磁片B(10)的磁化方向相反。
3.根据权利要求1所述的双活塞辐射型稀土弯张换能器，其特征是：所述的螺线管(6)由漆包线按顺时针方向绕在环氧管上制成，两个螺线管(6)按反方向分别套装在稀土振子A和稀土振子B上。
4.根据权利要求1所述的双活塞辐射型稀土弯张换能器，其特征是：所述的IV型弯张壳体(4)的短轴端设置有连接平面，通过该连接平面与喇叭口状圆活塞的辐射头(5)相连接。
5.根据权利要求1所述的双活塞辐射型稀土弯张换能器，其特征是：在辐射头(5)上包裹有水密硫化橡胶层(9)，在辐射头(5)与不锈钢水密外壳(7)的间隙处包裹有水密硫化橡胶层(9)。
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