CN107633837B - 一种周期结构开槽圆管纵-径振动转换水声换能器及换能方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种周期结构开槽圆管纵‑径振动转换水声换能器及换能方法，其中换能器包括依次连接的防水电缆、后盖板、压电陶瓷堆、密封套、喇叭形前盖板、开槽圆管、喇叭形前盖板、密封套、压电陶瓷堆、后盖板、防水电缆、螺杆以及螺帽；压电陶瓷堆采用压电陶瓷片和电极片交错压合而成，且压电陶瓷堆两端均为电极片，压电陶瓷片的一端通过电极片连接至正极引线，另一端通过电极片连接至负极引线，压电陶瓷堆的正极引线和负极引线通过后盖板的穿线孔连接至防水电缆。解决了有技术中低频换能器尺寸较大的问题。本发明的周期结构开槽圆管径向振动水声换能器550Hz‑2000Hz频率范围有平坦的发射电压响应。此外，该换能器具有整体尺寸小，结构及制作工艺简单，成本低的特点。

Description

一种周期结构开槽圆管纵-径振动转换水声换能器及换能 方法

技术领域

本发明属于水声换能器领域，具体涉及一种周期结构开槽圆管纵-径振动转换水声换能器及换能方法。

背景技术

在水下探测技术领域，低频换能器占据着重要的位置，最常用的低频换能器主要用液腔振动和弯曲振动来实现。但这种低频换能器一般体积大和质量较大，在实际应用中会有很多限制。针对这个问题，国内外众多学者做了相关的研究。刘振君等人研制了一种基于切向极化镶拼压电陶瓷圆环的圆柱溢流型低频宽带换能器，利用液腔振动和径向振动的耦合，使换能器在3～5kHz频段具有平坦的响应，换能器尺寸为φ262mm×110mm，质量11kg。刘慧生等人用有限元法探讨了推挽式VII型弯张换能器，仿真得到了的换能器在空气中两个谐振峰分别为1.7kHz和2.9kHz，最大尺寸仅为360mm×14mm×19mm。目前的低频换能器主要是利用液腔振动和振动的耦合的方法实现水声换能器在低频范围内工作。但其结构一般较为复杂，且换能器的体积较大，不便于在某些对尺寸要求较高的场合使用。影响换能器低频工作的因素较多，谐振频率想要达到1kHz，通常需要增大换能器的体积和质量。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种周期结构开槽圆管径向振动水声换能器，本发明的另外一个目的在于提供一种换能方法，实现了换能器在550Hz-2000Hz频率范围有平坦的发射电压响应，以克服现有技术中低频换能器尺寸较大的问题。此外，该换能器还具有整体尺寸小，结构及制作工艺简单，成本低的特点。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种周期结构开槽圆管纵-径振动转换水声换能器，其不同之处在于：所述换能器包括螺杆、和依次安装在螺杆上的左端防水电缆、左端后盖板、左端纵向振动激励单元、开槽圆管、右端纵向振动激励单元、右端后盖板以及右端防水电缆；

左端纵向振动激励单元包括密封套8、以及安装在螺杆上的压电陶瓷堆5和喇叭形前盖板6，所述密封套8套装在压电陶瓷堆5上，所述压电陶瓷堆5和密封套8均位于左端后盖板和喇叭形前盖板6之间，所述压电陶瓷堆5采用压电陶瓷片和电极片9交错压合而成，且压电陶瓷堆5的两端均为电极片9，从左至右，位于奇数位置的电极片连接至左端负极引线4，位于偶数位置的电极片连接至左端正极引线3；所述喇叭形前盖板的收口端与压电陶瓷堆5连接，所述喇叭形前盖板的扩口端与开槽圆管的一端连接；所述左端负极引线4和左端正极引线3均与左防水电缆连接；

所述右端纵向振动激励单元包括密封套8、以及安装在螺杆上的压电陶瓷堆5和喇叭形前盖板6，所述密封套8套装在压电陶瓷堆上，所述压电陶瓷堆5和密封套8均位于右端后盖板和喇叭形前盖板6之间，所述压电陶瓷堆5采用压电陶瓷片和电极片9交错压合而成，且压电陶瓷堆5的两端均为电极片9，从左至右，位于奇数位置的电极片连接至右端负极引线10，位于偶数位置的电极片连接至右端正极引线11；所述喇叭形前盖板的收口端与压电陶瓷堆5连接，所述喇叭形前盖板的扩口端与开槽圆管的另一端连接；所述右端负极引线10和右端正极引线11均与右端防水电缆15连接。

进一步地，换能器还包括N个中间纵向振动激励单元和N个开槽圆管，所述中间纵向振动激励单元包括密封套8和依次安装在螺杆上的左端喇叭形前盖板、压电陶瓷堆5和右端喇叭形前盖板，所述密封套8套装在压电陶瓷堆上，所述压电陶瓷堆5和密封套8均位于左端喇叭形前盖板和右端喇叭形前盖板之间，所述压电陶瓷堆5采用压电陶瓷片和电极片9交错压合而成，且压电陶瓷堆5的两端均为电极片9，从左至右，位于奇数位置的电极片连接至中负极引线，位于偶数位置的电极片连接至中正极引线；所述左端喇叭形前盖板、右端喇叭形前盖板的收口端均与压电陶瓷堆5连接，所述喇叭形前盖板的扩口端均与开槽圆管连接，所述中负极引线、中正极引线与右端防水电缆15连接或左防水电缆连接；其中N为正整数。

进一步的，上述开槽圆管7是在圆柱壳体上沿轴向竖直开6-12条槽，圆柱壳体的内、外直径比例为

进一步的，上述开槽圆管7的所有竖直槽的起点在平行于圆柱壳体底面的同一水平面上，且所有竖直槽沿开槽圆管7的侧面圆周均匀排布，每条竖直槽的高度占圆管高度的

每条竖直槽的宽度占圆管外圆周的

且深度与所述开槽圆管7的壁厚相同。

进一步的，上述左端后盖板上设置有左穿线孔12，所述右端后盖板上设置有右穿线孔12，所述左端负极引线4和左端正极引线3通过左穿线孔12与左防水电缆连接，所述右端负极引线10和右端正极引线11通过右穿线孔12与右端防水电缆15连接；

所述中负极引线、中正极引线与右端防水电缆15连接或与左防水电缆连接。

进一步的，上述密封套上设置有穿线孔12，所述中负极引线、中正极引线通过穿线孔12与右端防水电缆15或左防水电缆连接。

进一步的，上述密封套8的材料为透声橡胶。

进一步的，上述压电陶瓷堆5的材料为PZT-8。

进一步的，上述螺杆的两端固定有螺帽，密封套的直径大于开槽圆管的直径。

本发明还提供了一种水声换能方法，包括以下步骤：

1)厚度极化压电陶瓷堆；

2)给压电陶瓷堆施加一定电压，压电陶瓷堆在电压激励下产生逆压电效应现象而产生纵向振动；

3)利用压电陶瓷堆的纵向振动激发开槽圆管的径向振动，从而向换能器周向辐射能量。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明的一种周期结构开槽圆管纵-径振动转换水声换能器，由防水电缆、后盖板、压电陶瓷堆、密封套、喇叭形前盖板、开槽圆管、喇叭形前盖板、密封套、压电陶瓷堆、后盖板、防水电缆以及螺杆、螺帽组成换能器整体，利用纵-径振动模式转换的方法，即厚度极化的压电陶瓷堆在电压激励下产生逆压电效应现象而产生纵向位移，利用压电陶瓷堆的纵向振动激发开槽圆管的径向振动，从而向换能器周向辐射能量。由于开槽圆管的特殊结构有较低的特征频率，利用开槽的低频振动来影响整个换能器的工作频率，实现了换能器在一定功率要求下的低频工作。

2、本发明的开槽圆管是在圆柱壳体上沿轴向竖直开6-12条槽，圆柱壳体的内、外直径比例为

所有竖直槽的起点在平行于圆柱壳体底面的同一水平面上，且竖直槽沿开槽圆管的侧面沿圆周均匀排布，每条竖直槽的高度占圆管高度的

每条竖直槽的宽度占圆管外圆周的

且深度与所述开槽圆管的壁厚相同。与同尺寸大小的圆柱壳体相比，此结构的振动频率降低了很多，而本发明中的换能器与一般的水声换能器相比较，整体的谐振频率主要取决于开槽圆管部分，因此开槽圆管结构在无需大幅增加换能器尺寸的前提下，可以较大地降低整个换能器的谐振频率。

3、当换能器整体高度为512mm，最大直径为150mm时，其水下模型特征频率可达到880Hz。当增加一组开槽圆管和压电陶瓷堆时，水下模型特征频率可以降低到630Hz，当增加两组开槽圆管、压电陶瓷堆和喇叭形前盖板时，水下模型特征频率可以降低到520Hz。而普通低频换能器TVR平坦区域的频率范围较窄，因此这种周期结构可以较大的降低换能器的特征频率并拓宽其平坦区稳定发射的频率范围，可以实现换能器在550Hz-2000Hz频率范围的低频发射，甚至超低频发射。此外，本发明便于应用在水声换能器基阵中，结构及制作工艺简单，所用元件常见，且换能器的整体成本较低。

附图说明

图1为本发明实施例1的整体结构图；

图2为本发明实施例1的整体结构剖视图；

图3为本发明的开槽圆管立体结构图；

图4为本发明实施例2的整体结构图；图5为本发明实施例3的整体结构图；

图6为本发明实施例5的水声换能器的发射电压响应曲线图；

图7为本发明实施例6的水声换能器的发射电压响应曲线图；

图8为本发明实施例7的水声换能器的发射电压响应曲线图。

其中，1-螺帽，2-螺杆，3-左端正极引线，4-左端负极引线，5-压电陶瓷堆，6-喇叭形前盖板，7-开槽圆管，8-密封套，9-电极片，10-右端负极引线，11-右端正极引线，12-穿线孔，13-左端后盖板，14-左端防水电缆，15-右端防水电缆，16-槽，18-中间纵向振动激励单元，19-右端后盖板，20-左端纵向振动激励单元，21-右端纵向振动激励单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述，但本发明不限于这些实施例。

实施例1：本发明的周期结构开槽圆管纵-径振动转换水声换能器，如图1所示，换能器包括螺帽1、螺杆2、和依次安装在螺杆2上的左端防水电缆14、左端后盖板13、左端纵向振动激励单元20、开槽圆管7、右端纵向振动激励单元21、右端后盖板19以及右端防水电缆15。

如图2所示，左端纵向振动激励单元20包括密封套8、以及安装在螺杆2上的压电陶瓷堆5和喇叭形前盖板6，密封套8套装在压电陶瓷堆5上，压电陶瓷堆5和密封套8均位于左端后盖板13和喇叭形前盖板6之间，压电陶瓷堆5采用压电陶瓷片和电极片9交错压合而成，且压电陶瓷堆5的两端均为电极片9，从左至右，位于奇数位置的电极片连接至左端负极引线4，位于偶数位置的电极片连接至左端正极引线3；喇叭形前盖板的收口端与压电陶瓷堆5连接，喇叭形前盖板的扩口端与开槽圆管的一端连接；左端负极引线4和左端正极引线3均与左防水电缆连接；

右端纵向振动激励单元21包括密封套8、以及安装在螺杆上的压电陶瓷堆5和喇叭形前盖板6，密封套8套装在压电陶瓷堆上，压电陶瓷堆5和密封套8均位于右端后盖板19和喇叭形前盖板6之间，压电陶瓷堆5采用压电陶瓷片和电极片9交错压合而成，且压电陶瓷堆5的两端均为电极片9，从左至右，位于奇数位置的电极片连接至右端负极引线10，位于偶数位置的电极片连接至右端正极引线11；喇叭形前盖板的收口端与压电陶瓷堆5连接，所述喇叭形前盖板的扩口端与开槽圆管的另一端连接；右端负极引线10和右端正极引线11均与右端防水电缆15连接。利用纵-径振动模式转换的方法，即厚度极化的压电陶瓷堆在电压激励下产生逆压电效应现象而产生纵向位移，利用压电陶瓷堆的纵向振动激发开槽圆管的径向振动，从而向换能器周向辐射能量。

实施例2：如图4示，在实施例1的结构上，增加一个中间纵向振动激励单元和一个开槽圆管，中间纵向振动激励单元18包括密封套8和依次安装在螺杆上的左端喇叭形前盖板、压电陶瓷堆5和右端喇叭形前盖板，密封套8套装在压电陶瓷堆上，压电陶瓷堆5和密封套8均位于左端喇叭形前盖板和右端喇叭形前盖板之间，压电陶瓷堆5采用压电陶瓷片和电极片9交错压合而成，且压电陶瓷堆5的两端均为电极片9，从左至右，位于奇数位置的电极片连接至中负极引线，位于偶数位置的电极片连接至中正极引线；左端喇叭形前盖板、右端喇叭形前盖板的收口端均与压电陶瓷堆5连接，喇叭形前盖板的扩口端均与开槽圆管连接，中负极引线、中正极引线与右端防水电缆15连接或左防水电缆连接。

实施例3：如图5，在实施例1的结构上，增加两个中间纵向振动激励单元和两个开槽圆管。

当换能器整体高度为512mm，最大直径为150mm时，其水下模型特征频率可达到880Hz。当增加一组开槽圆管、压电陶瓷堆时(即实施例2的结构)，水下模型特征频率可以降低到630Hz。当增加两组开槽圆管、压电陶瓷堆时(即实施例3的结构)，水下模型特征频率可以降低到520Hz。而普通低频换能器TVR平坦区域的频率范围较窄，因此这种周期结构可以较大的降低换能器的特征频率并拓宽其平坦区稳定发射的频率范围，可以实现换能器在550Hz-2000Hz频率范围的低频发射，甚至超低频发射。此外，本发明便于应用在水声换能器基阵中，结构及制作工艺简单，所用元件常见，且换能器的整体成本较低。

实施例4：如图3所示，开槽圆管7是在圆柱壳体上沿轴向竖直开12条槽16，12条竖直槽16的起点在平行于圆柱壳体底面的同一水平面上，且12条竖直槽沿开槽圆管的侧面每隔30度以圆周阵列排布，12条竖直槽的宽度和深度均相同。选择圆柱壳的内、外直径比例为

开槽圆管7的所有竖直槽的起点在平行于圆柱壳体底面的同一水平面上，且所有竖直槽沿开槽圆管7的侧面圆周均匀排布，每条竖直槽的高度占圆管高度的

每条竖直槽的宽度占圆管外圆周的

且深度与开槽圆管7的壁厚相同。外直径为100mm，内直径为90mm，高度为80mm的圆柱壳特征频率为16758Hz，若在相同尺寸的圆柱壳上开12条宽度为4mm，高度为72mm的竖直槽，其特征频率为2146.5Hz。此结构与同尺寸大小的圆柱壳相比，此结构的振动频率降低了很多，而实施例4中的换能器与一般的水声换能器相比较，整体的谐振频率主要取决于开槽圆管部分，因此开槽圆管结构在无需大幅增加换能器尺寸的前提下，可以较大地降低整个换能器的谐振频率。

实施例5：实施例1结构的基础上。喇叭形前盖板、开槽圆管的材料为铝，后盖板、螺杆、螺帽的材料为钢。密封套材料为透声橡胶，压电陶瓷堆的材料为PZT-8。

压电陶瓷堆采用压电陶瓷片和电极片交错压合而成，包括依次串联的第一电极片、第一压电陶瓷片、第二电极片、第二压电陶瓷片、第三电极片、第三压电陶瓷片、第四电极片、第六压电陶瓷片以及第七电极片，压电陶瓷堆的第二电极片、第四电极片和第六电极片连接至正极引线，第一电极片、第三电极片、第五电极片以及第七电极片连接至负极引线。两端后盖板留有一个穿线孔12，左端压电陶瓷堆的正极引线和负极引线通过左端后盖板的穿线孔12连接至防水电缆；右端压电陶瓷堆的正极引线和负极引线通过右端后盖板的穿线孔12连接至防水电缆。开槽圆管是在圆柱壳体上沿轴向竖直开12条槽，12条竖直槽的起点在平行于圆柱壳体底面的同一水平面上，且12条竖直槽沿开槽圆管的侧面每隔30度以圆周阵列排布，12条竖直槽的宽度和深度均相同。喇叭形前盖板开口较小的一端分别与两端的压电陶瓷堆连接，开口较大的一端分别接在开槽圆管两端。压电陶瓷堆外围安装有密封套，且为圆柱壳形，两端密封套均嵌套在后盖板和喇叭形前盖板之间。后盖板、压电陶瓷堆、密封套、喇叭形前盖板、开槽圆管通过相互配合的螺杆和螺帽进行固定。

图6为本实施例5的水声换能器在水中的发射电压响应曲线，由图6可以看出，该换能器在水中的特征频率为880Hz，TVR平坦区域的频率范围为1040Hz～2040Hz。

实施例6：在实施例2的结构基础上，开槽圆管的材料为铝，后盖板、螺杆、螺帽的材料为钢。密封套材料为透声橡胶，压电陶瓷堆的材料为PZT-8。压电陶瓷堆采用压电陶瓷片和电极片交错压合而成，包括依次串联的第一电极片、第一压电陶瓷片、第二电极片、第二压电陶瓷片、第三电极片、第三压电陶瓷片、第四电极片、第六压电陶瓷片以及第七电极片，所述压电陶瓷堆的第二电极片、第四电极片和第六电极片连接至正极引线，第一电极片、第三电极片、第五电极片以及第七电极片连接至负极引线。两端后盖板和中间密封套各留有一个穿线孔12，左端压电陶瓷堆的正极引线和负极引线通过左端后盖板的穿线孔12连接至防水电缆；中间压电陶瓷堆的正极引线和负极引线通过中间密封套的穿线孔12连接至防水电缆；右端压电陶瓷堆的正极引线和负极引线通过右端后盖板的穿线孔12连接至防水电缆。开槽圆管均是在圆柱壳体上沿轴向竖直开12条槽，12条竖直槽的起点在平行于圆柱壳体底面的同一水平面上，且12条竖直槽沿开槽圆管的侧面每隔30度以圆周阵列排布，12条竖直槽的宽度和深度均相同。喇叭形前盖板开口较小的一端分别与两端的压电陶瓷堆连接，开口较大的一端分别接在开槽圆管两端。压电陶瓷堆外围均安装有密封套，且为圆柱壳形，两端密封套均嵌套在后盖板和喇叭形前盖板之间。后盖板、压电陶瓷堆、密封套、喇叭形前盖板、开槽圆管通过相互配合的螺杆和螺帽进行固定。

图7为本发明实施例6的水声换能器在水中的发射电压响应曲线，由图7可以看出，该换能器在水中的特征频率为640Hz，TVR平坦区域的频率范围为790Hz～1960Hz。

实施例7：在实施例3结构的基础上，开槽圆管的材料为铝，后盖板、螺杆、螺帽的材料为钢。密封套材料为透声橡胶，所述的压电陶瓷堆的材料为PZT-8。压电陶瓷堆采用压电陶瓷片和电极片交错压合而成，包括依次串联的第一电极片、第一压电陶瓷片、第二电极片、第二压电陶瓷片、第三电极片、第三压电陶瓷片、第四电极片、第六压电陶瓷片以及第七电极片，所述压电陶瓷堆的第二电极片、第四电极片和第六电极片连接至正极引线，第一电极片、第三电极片、第五电极片以及第七电极片连接至负极引线。两端后盖板和中间两组密封套各留有一个穿线孔12，左端压电陶瓷堆的正极引线和负极引线通过左端后盖板的穿线孔12连接至防水电缆；中间两组压电陶瓷堆的正极引线和负极引线分别通过各自外围密封套的穿线孔12连接至防水电缆；右端压电陶瓷堆的正极引线和负极引线通过右端后盖板的穿线孔12连接至防水电缆。开槽圆管均是在圆柱壳体上沿轴向竖直开12条槽，12条竖直槽的起点在平行于圆柱壳体底面的同一水平面上，且12条竖直槽沿开槽圆管的侧面每隔30度以圆周阵列排布，12条竖直槽的宽度和深度均相同。喇叭形前盖板开口较小的一端分别与两端的压电陶瓷堆连接，开口较大的一端分别接在开槽圆管两端。压电陶瓷堆外围均安装有密封套，且为圆柱壳形，两端密封套均嵌套在后盖板和喇叭形前盖板之间。后盖板、压电陶瓷堆、密封套、喇叭形前盖板、开槽圆管通过相互配合的螺杆和螺帽进行固定。

图8为本实施例7的水声换能器在水中的发射电压响应曲线，由图8可以看出，该换能器在水中的特征频率为520Hz，TVR平坦区域的频率范围为630Hz～2040Hz。

参考图6、图7及图8可看出，本发明的周期结构开槽圆管径向振动水声换能器，可以较大的降低换能器的特征频率并拓宽其平坦区稳定发射的频率范围，可以实现换能器在520Hz-2000Hz频率范围的低频发射，甚至超低频发射。

实施例8：一种水声换能方法，包括以下步骤：1)厚度极化压电陶瓷堆；2)给压电陶瓷堆施加1200V电压，压电陶瓷堆在电压激励下产生逆压电效应现象而产生纵向振动；一般根据应用中声源级和声功率的需求调整电压大小。3)利用压电陶瓷堆的纵向振动激发开槽圆管的径向振动，从而向换能器周向辐射能量。本发明利用纵-径振动模式转换的方法，即厚度极化的压电陶瓷堆在电压激励下产生逆压电效应现象而产生纵向位移，利用压电陶瓷堆的纵向振动激发开槽圆管的径向振动，从而向换能器周向辐射能量。由于开槽圆管的特殊结构有较低的特征频率，利用开槽的低频振动来影响整个换能器的工作频率，实现了换能器在一定功率要求下的低频工作。

Claims (10)

1.一种周期结构开槽圆管纵-径振动转换水声换能器，其特征在于：所述换能器包括螺杆和依次安装在螺杆上的左端防水电缆、左端后盖板、左端纵向振动激励单元、开槽圆管、右端纵向振动激励单元、右端后盖板以及右端防水电缆；

左端纵向振动激励单元包括左密封套、以及安装在螺杆上的左压电陶瓷堆和左喇叭形前盖板，所述左密封套套装在左压电陶瓷堆上，所述左压电陶瓷堆和左密封套均位于左端后盖板和左喇叭形前盖板之间，所述左压电陶瓷堆采用压电陶瓷片和电极片交错压合而成，且左压电陶瓷堆的两端均为电极片，从左至右，位于奇数位置的电极片连接至左端负极引线，位于偶数位置的电极片连接至左端正极引线；所述左喇叭形前盖板的收口端与左压电陶瓷堆连接，所述左喇叭形前盖板的扩口端与开槽圆管的左端连接；所述左压电陶瓷堆的左端负极引线和左端正极引线均与左端防水电缆连接；

所述右端纵向振动激励单元包括右密封套、安装在螺杆上的右压电陶瓷堆和右喇叭形前盖板，所述右密封套套装在右压电陶瓷堆上，所述右压电陶瓷堆和右密封套均位于右端后盖板和右喇叭形前盖板之间，所述右压电陶瓷堆与左压电陶瓷堆的结构相同；所述右喇叭形前盖板的收口端与右压电陶瓷堆连接，所述右喇叭形前盖板的扩口端与开槽圆管的右端连接；所述右压电陶瓷堆的右端负极引线和右端正极引线均与右端防水电缆连接。

2.根据权利要求1所述的周期结构开槽圆管纵-径振动转换水声换能器，其特征在于：

还包括依次间隔排列的N个中间纵向振动激励单元和N个开槽圆管，所述中间纵向振动激励单元包括中间密封套和依次安装在螺杆上的中间左喇叭形盖板、中间压电陶瓷堆和中间右喇叭形盖板，所述中间密封套套装在中间压电陶瓷堆上，所述中间压电陶瓷堆和中间密封套均位于中间左喇叭形盖板和中间右喇叭形盖板之间，所述中间压电陶瓷堆与左压电陶瓷堆的结构相同；所述中间左喇叭形盖板、中间右喇叭形盖板的收口端分别与中间压电陶瓷堆的两端连接，所述中间左喇叭形盖板和中间右喇叭形盖板的扩口端均与开槽圆管连接，所述中间压电陶瓷堆的中间负极引线、中间正极引线与右端纵向振动激励单元的右端防水电缆连接或左端纵向振动激励单元的左端防水电缆连接；

其中N为正整数。

3.根据权利要求1或2所述的周期结构开槽圆管纵-径振动转换水声换能器，其特征在于：所述开槽圆管均是在圆柱壳体上沿轴向竖直开6-12条槽，圆柱壳体的内、外直径比例为9:10～4:5。

4.根据权利要求3所述的周期结构开槽圆管纵-径振动转换水声换能器，其特征在于：所述开槽圆管的所有槽的起点在平行于圆柱壳体底面的同一水平面上，且所有槽沿开槽圆管的侧面圆周均匀排布，每条槽的高度占圆管高度的3:4～9:10，每条槽的宽度占圆管外圆周的1:20～1:4，且深度与所述开槽圆管的壁厚相同。

5.根据权利要求4所述的周期结构开槽圆管纵-径振动转换水声换能器，其特征在于：所述左端纵向振动激励单元的左端后盖板上设置有左穿线孔，所述右端纵向振动激励单元的右端后盖板上设置有右穿线孔，左端纵向振动激励单元的左端负极引线和左端正极引线分别通过左穿线孔与左端纵向振动激励单元的左端防水电缆连接，所述右端纵向振动激励单元的右端负极引线和右端正极引线分别通过右穿线孔与右端纵向振动激励单元的右端防水电缆连接；

所述中间纵向振动激励单元的中间负极引线和中间正极引线均与右端纵向振动激励单元的右端防水电缆连接或与左端纵向振动激励单元的左端防水电缆连接。

6.根据权利要求5所述的周期结构开槽圆管纵-径振动转换水声换能器，其特征在于：所述中间纵向振动激励单元的中间密封套上设置有中间穿线孔，所述中间纵向振动激励单元的中间负极引线、中间正极引线通过中间穿线孔与右端纵向振动激励单元的右端防水电缆连接或与左端纵向振动激励单元的左端防水电缆连接。

7.根据权利要求6所述的周期结构开槽圆管纵-径振动转换水声换能器，其特征在于，所述左密封套、右密封套以及中间密封套的材料均为透声橡胶。

8.根据权利要求7所述的周期结构开槽圆管纵-径振动转换水声换能器，其特征在于，所述左压电陶瓷堆、右压电陶瓷堆以及中间压电陶瓷堆的材料均为PZT-8。

9.根据权利要求8所述的周期结构开槽圆管纵-径振动转换水声换能器，其特征在于，所述螺杆的两端固定有螺帽，左密封套、右密封套以及中间密封套的外周直径均大于开槽圆管的外周直径。

10.一种利用权利要求1所述的周期结构开槽圆管纵-径振动转换水声换能器实现的水声换能方法，其特征在于包括以下步骤：

1)对左纵向振动激励单元的左压电陶瓷堆以及右纵向振动激励单元的右压电陶瓷堆同时进行厚度极化；

2)给左压电陶瓷堆和右压电陶瓷堆分别施加1200V电压，左压电陶瓷堆和右压电陶瓷堆在电压激励下产生逆压电效应现象而产生纵向振动；

3)利用左压电陶瓷堆和右压电陶瓷堆的纵向振动激发开槽圆管的径向振动，从而向换能器周向辐射能量。

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